図1は本発明の電力システムの一実施形態 を示す説明図、図2は一の電力需給家とその� �力需給制御機器の構成を例示したブロック� �、図3は本発明の電力システムにおいて、電� ��需給家の電力需給制御機器が、他の電力需� ��家とAC電力の需給を行うときの説明図、図4� ��本発明の電力システムにおいて、電力需給� ��の電力需給制御機器が、他の電力需給家とD C電力の需給を行うときの説明図、図5は本発� ��の電力システムにおいて、電力需給家の屋� ��配線を介してDC電力を負荷に給電する場合� �説明図、図6は本発明の電力システムにおけ� ��、電力需給家が階層化されている様子を示� ��説明図、図7は、(A)は電力需給家が分枝状に 接続されている場合の説明図、(B)は電力需給 家が星状に接続されている場合の説明図、(C) は電力需給家が網状に接続されている場合の 説明図、図8は複数の他の電力需要家と異な� �電力需給線路を介して接続された電力需給� �の例を示す図、図9はニューラルネットワー� ��の工程例を示すブロック図、図10は従来の� �力系統を示す説明図である。

 図1の電力システム1は、複数の電力需給家11 ~15の電力需給家のみを示す。各電力需給家11~ 15は、電力需給線路Wを介して相互に接続され ている。
 電力需給家11は、発電機器101と、蓄電機器10 2と、複数の負荷(電気機器)103と、電力需給制 御機器104を備えている。なお、複数の電気機 器103は、A1,A2,・・・,Anで示してある。また、 図1では、他の電力需給家12,13,14および図示し ない他の電力需給家も電力需給家11と同様、� ��電機器と、蓄電機器と、複数の負荷(電気機 器)と、電力需給制御機器とを備えており、� �機器は枝状の屋内配線に接続されているも� �とする。なお、各電力需給家のすべて、或� �、任意の電力需給家では、発電機器101、又� �/及び、蓄電機器102を、トラック等の荷台に� ��載して、或は、搭載可能に設置しておき、� ��要に応じて前記発電機器101や蓄電機器102を� ��他の電力需給家へ指向け、そこで電力の受� ��渡しを行うこともある。

 本発明では、各電力需給家間は疎結合し� ��いる。すなわち、各電力需給家は、基本的� ��は自立型であり、電力不足が生じたときに� ��の電力需給家から電力の供給を受け、電力� ��剰が生じたときに他の電力需給家に電力を� ��給することができる。

 電力需給家11は、たとえば、一般家屋、集� �住宅、小・中・大規模工場、低層・中層・� �層ビルディング等である。さらにこれら一� �家屋、集合住宅等が複数集合した群も本発� �の電力需給家11として扱うことができる。
 典型的には、発電機器101は、ソーラー発電� ��、燃料電池等のDC電源である。発電機器101� �して風力発電やバイオマス発電、或は、ガ� �エンジン方式,ガスタービン方式,燃料電池方 式などによるコ・ジェネレーションシステム (以下、この明細書ではコ・ジェネという)が� ��いられることもある。風力発電機器やバイ� ��マス発電機器、コ・ジェネは通常AC電源で� �るが、その出力をAC/DC変換してDC電源として� ��用することができる。また、蓄電機器102は� ��DC電源である。
 さらに、発電機器101には、図示しないが、� ��ライホイールユニットを用いることもでき� ��。蓄電機器102にも、フライホイールユニッ� ��を用いることができる。また、蓄電池と電� ��二重層コンデンサを組合せた蓄電機器を含� ��。上記の発電機器101、及び/又は、蓄電機器 102は、トラックの荷台などに搭載しておき、 他の電力供給家へ向けて移動してそこで電力 の受け渡しをすることがある。負荷103は、た とえば、電灯、空調機、冷蔵庫、電磁調理器 、炊飯器等のDC機器またはAC機器である。

 電力需給制御機器104は、一例として図2に 示すように、電力需給家11において電力余剰� ��生じたとき、たとえば負荷103の電力使用量� ��低減しかつ蓄電機器102が満充電あるいは満� ��電に近くなったときを制御部104bで検出し、 発電機器101が生成する電力を、電力授受部104 aから電力需給線路Wに接続された他の電力需� ��家(図示せず)、あるいは図2に例示した他の� ��力需給家15に供給することができる。この� �力の供給においては、発電機器101の移動、� �は、蓄電機器102の移動により電力需給線路W� ��用いないで行うこともある。また、電力需� ��制御機器104は、電力需給家11において電力� �足が生じたとき、たとえば負荷103の電力使� �量が急増したときを制御部104bで検出し、電� ��需給線路Wに接続された電力余剰が生じてい る他の電力需給家12,13,14の電力需給制御機器� ��あるいは電力需給家15の後述する電力需給� �御機器153を介して電力授受部104aに電力の供� ��を受け、制御部104bの制御を介して負荷103を 駆動し、あるいは蓄電機器102に蓄電すること ができる。

 図2に例示した他の電力需給家15は、発電� ��器151と、蓄電機器152と、電力需給制御機器1 53とを備えている。なお、電力需給家は、発� ��機器と、蓄電機器の何れかのみを備えるこ� ��ができる。発電機器151は、典型的にはコ・� ��ェネやバイオマス発電設備を含む火力,水力 ,風力等の中小規模設備であり、蓄電機器152� �、典型的には二次電池であるが、蓄電池(二� ��電池)と電気二重層コンデンサを組合せたも のもある。電力需給家15は、電力需給制御機� ��153を介して、前述したように電力需給家11(� ��るいは、他の電力需給家12~14等)に電力を供� ��できる。また逆に、電力需給家15は、電力� �給家11(あるいは、他の電力需給家12~14等)か� �電力の供給を受けることもできる。この電� �需給家15における電力の受け渡しも、電力需 給制御機器を介してなされるが、先に述べた ように他の電力需給家の移動可能な発電機器 や蓄電機器を、当該需給家15に持ち込むこと� ��よっても行うことができる。

 電力需給家15が電力需給家11等に供給する 電力は、発電機器151により生成した電力また は蓄電機器152に蓄電された電力であり、電力 需給家15が電力需給家11等から供給される電� �は蓄電機器152に蓄電される。本発明電力シ� �テムでは、各電力需給家での電力需給制御� �器を介しての電力授受(受け渡し)において、 各電力需給家におけるコ・ジェネやバイオマ ス発電機を含む複数の発電機器を、予測され る天候,電力需要の予測,熱需要の予測などに� ��づく値、或は、各電力需給家による設定値� ��どに基づいて自動的にも手動的にも制御す� ��ことができる(図2の104C参照)。さらに、各電 力需給家は、他の電力需給家における電力需 給制御機器からの種々の情報を参照し、当該 電力需給家で予測される電力消費量に基づい て、当該電力需給家の電力需給制御機器の動 作条件を設定又は変更することができる(図2� ��照)。

 上記の各発電機器101,105において、例えばソ ーラー発電器はコンディショナーにより、燃 料電池やマイクロ・コ・ジェネレータはパワ ーコンディショナーなどにより、個々の発電 機器ごとに個々に制御されるものでもよいが 、本発明電力システムでは、電力需給制御機 器104,105により各発電機器に共通した制御要� �を統括的に制御し、個々の発電機器に固有� �制御要素は個々に制御することにより、一� �りの電力需給家11や同15における発電機器101� ��151を、全体として最適に制御することがで� ��る。
 因みに、従来のソーラー発電器や燃料電池� ��の各発電機機器は、夫々のパワーコンディ� ��ョナーにより、フル出力の制御と系統の接� ��を制御するだけであったが、本発明では、� ��発電機器の出力をゼロからフル出力の間で� ��フライホイールユニット等を利用して需給� ��れる電力を平準化し、電力需給制御機器104, 153により自在に制御することができるように している。

 一方、上記の蓄電機器102や152は、DC電源� �して典型的には二次電池を単独で用いるが� �本発明電力システムでは、蓄電機器102,152に� ��電池(二次電池)と電気二重層コンデンサを� �用することができる。

 前記蓄電池と電気二重層コンデンサを併� ��すると、例えば蓄電特性や放電特性に応じ� ��使い分けをする制御などを、電力需給制御� ��器104,153により制御することにより、各電力 需給家における電力の需要態様の多様化、或 は、各需給家における電力の供給態様の多様 化に合理的に対応することができる。

 ここで、蓄電池と電気二重層コンデンサ� ��分散して配置する、例えば、電気二重層コ� ��デンサは電力需給制御機器104や同153に、蓄� ��池は別置きか電気機器103に搭載するなどし� ��、蓄電機器102や152の電池残量を、一例とし� ��電力需要先の優先順位に従った供給に回す� ��とが可能になる。

 更に、電力需給家11に備えられた負荷103と� �ての各種の電気機器は、従来は、単純に個� �に電力を投入,遮断(ON,OFF)することにより、� �々に運転されている。
 しかし、本発明電力システムでは、当該電� ��需給家11における負荷103を構成する個々の� �気機器、例えば、冷蔵庫,エアコン,TVなどを� ��電力需給制御機器104に起動優先順や起動電� ��の大きさ(大きい順、又は、その逆順)など� �設定しておき、例えば起動の順序(又は、遮� ��の順序)を設定した順、或は、起電力が大き い順などとなるように制御することにより、 消費電力の平準化を図ることが可能になる。
 また、起動電力の大きな電気機器が起動さ� ��るときは、その起動時の電力を、電気二重� ��コンデンサを備えた蓄電池やフライホイー� ��ユニットから供給するように、電力需給制� ��機器104を作動させることができる。
 さらに、予測し難い一般家庭の電力需要や� ��のピーク時に対しては、各家庭の冷蔵庫や� ��アコンなどの電気機器103に、例えば2時間程 度当該機器103の運転が可能なバッテリ等の蓄 電機器を搭載しておき、需要ピーク時の電力 不足を当該電力需要家の内部において補うよ うにすることができる。この手法も、消費電 力の平準化に寄与する。

 上記のように起動時の優先順など制御す� ��ことなどにより消費電力の平準化ができる� ��、各電気機器103の起動時に電力需給制御機� ��104や各電器機器103に流れ易い過大電流を分� ��制御できるから、当該制御機器104自体や各� ��気機器、或はそれらの間を繋ぐ配線などの� ��線部品の寿命を延ばすことができる。

 また、電力需給制御機器104によって、電流� ��最大になったり最小になったりする大きな� ��動を生じないか、或は、脈動が生じにくい� ��御ができるから、当該電力需給制御機器104� ��個々の電気機器103のより安定した動作を確� ��する上でも有用である。
 さらには、電力需給制御機器104と使用電力� ��DC化によって、例えばTVの待機状態やその他 の機器の待機運転の不要化が図れるので、無 駄な電力消費を抑止できる。

 図1に示した電力システムでは、電力需給制 御機器104は、他の電力需給家12~15との間で過� ��足電力の需給を行う場合には、当該電力需� ��制御機器104が、当該他の電力需給家の電力� ��給制御機器と情報交換をして需給条件等を� ��定する。
 上記の情報交換される情報は、本発明電力� ��ステムにおいては、図9に例示した制御ブロ ックのニューラルネットワークによって予測 値が得られる、各電力需給家の翌日の総発電 量,最大電力需要量,総電力需要量をすること� ��できる。この点について、以下に説明する� ��

 本発明では、まず、翌日の各電力需給家の� ��太陽電池総発電量」と「日最大電力需要量� ��及び「日総電力需要量」を推定(予測)する� �推定には当該各需給家の地域およびその隣� �地域の翌日の天気予報と過去の天気情報及� �、「太陽電池総発電量」,「日最大電力需要� ��」,「日総電力需要量」の各実績,カレンダ� �情報(曜日,祝祭日)、理論日射量データを階� �型ニューラルネットワークに入力すること� �行う。
 ニューラルネットワークは、各電力需給家� ��地域及び周辺地域の気候パターンと、地域� ��総発電量,電力需要の実績のデータ組み合わ せをパターンとして学習し、翌日の天気予想 パターンを過去のパターンと照合することで 非線型補間推定をするものである。
 このパターン学習は、毎日観測データを用� ��てモデルを更新を行うので推定精度も日々� ��上を続ける。また、各電力需給家の各地域� ��の環境変化(太陽電池総容量,需要家の変化,� ��期的な気象変動,中期的な異常気象など)に� �しても自立的なモデル更新により対応する� �なお、各電力需要家の地域内における各需� �家データベースの構築も不要である。

 上記予測は、次の手順で実行する。
 (i)  発電量及び電力需要量を予測するニュ ーラルネットワークモデルを準備する(存在� �ない場合は、ダミーデータで仮モデルを作� �する)。このモデルに過去の実績データ、及� ��、翌日の天気予報、及び、カレンダー情報� ��及び、当日の快晴時の日射量(理論値)を入� �する。(このとき、予測精度向上のため当該� ��域だけではなく、近隣地域の天気情報も付� ��することが望ましい)
 (ii) 総発電量,最大電力需要量,総電力需要� �を予測する。(パターン照合による非線型補� ��推定)
 (iii) ニューラルネットワーク再学習のため の実績データを収集する。
    実績データを収集し、ニューラルネッ� ��ワーク再学習の準備をする。実績データと� ��、当日を含む過去一定期間の各種実績デー� ��(発電量,最大電力,総電力,天気,カレンダー� �報,理論快晴時日射量)である。
 (iv) ニューラルネットワークにバックプロ� ��ゲーション(誤差逆伝搬法)を用いて再学習� �せる。
 (v)  更新したニューラルネットワークで、 翌日の総発電量,最大電力需要量,総電力需要� ��を予測する。
以下、(i)~(v)の繰返して予測データの精度を� �げる。

 上記のようにして、各電力需給家におけ� ��翌日の総発電量,最大電力需要量,総電力量� �予測値(データ)が得られたら、各電力需給家 間でその情報(データ)を交換して各データを� ��互に比較考量した上で、各電力需給家間で� ��翌日の電力の授受を前もって決める。当日� ��電力授受の実績データは残しておき、翌々� ��(当日から見れば翌日)以降の各電力需給家� �における電力授受の基礎データの一つとす� �。

 図1に示した電力システムでは、電力需給 家間の電力の需給をACで行うこともできるし� ��DCで行うこともできるが、何れにしても、� �所的な電力システムとして構築することも� �きるし、これらの電力システムが組み合わ� �れた大きな電力システムとして構築するこ� �もできる。

 図1に示した電力システムでは、図示はし ないが、負荷のみからなる電力需給家が電力 需給線路Wに接続されることもある。また、� �1の電力システムでは、多数かつ多様な電力� ��給家を相互接続することで、需給電力の平� ��化が行われる。

 電力需給家11の蓄電機器102を大容量とし� �場合に、コスト高となる場合には、蓄電機� �102として小容量のものを使用し(あるいは、� ��電機器102を備えずに)、他の電力需給家から 供給される電力により負荷をまかなうように することができる。この場合、電力システム 1には、時間帯消費電力パターンが異なる電� �需給家(たとえば、住宅と事業所)が混在して いることが好ましい。また、電力需給家15と� ��て、発電形態が異なるもの(たとえば、ソー ラー発電機器と風力発電機器やバイオマス発 電機器)が混在していることが好ましい。

 図3は、電力需給家の電力需給制御機器が、 他の電力需給家とAC電力の需給を行う電力シ� ��テムを示す説明図である。
 図2の電力需給家11a,12a,13a,14aおよび15aは、図 1の電力需給家11,12,13,14および15に対応してい� ��。図3における電力需給家11aの電力需給制御 機器51は、制御装置511と、双方向AC/DC変換器51 2とを備えている。

 各電力需給家の制御装置同士は通信ラインC Lによりデータ通信が可能に構成されており� �電力需給に際して需給情報の交換を行うこ� �ができる。
 また、電力需給家15aの電力需給制御機器61� �、制御装置611と、双方向AC/ACまたはDC/AC変換� ��612とを備えている。電力需給家間でAC電力� �需給が行われるときには、両者の間で電圧� �電流・周波数・位相の整合をとらなければ� �らない。この整合は、電力需給制御機器51,61 が行う。なお、図3には図示していないが、� �力需給制御機器51,61には遮断器、限流器、積 算電力計等をさらに備えることができる。ま た、積算電力計や蓄電器を備えた電力需給家 では、その制御機器51,61が,放電を制御し、太 陽光発電セルを備える電力需給家では非線型 の起電力から最大電力を取出して定格特性の 電力に整えるコンディショナーを備える。

 図4は、電力需給家の電力需給制御機器が、 他の電力需給家とDC電力の需給を行う電力シ� ��テムを示す説明図である。
 図4の電力需給家11b,12b,13b,14bおよび15bは、図 1の電力需給家11,12,13,14および15に対応してい� ��。図3における電力需給家15bの電力需給制御 機器71は、制御装置711と、双方向DC/DC変換器71 2とを備えている。

 各電力需給家の制御装置同士は通信ラインC Lによりデータ通信が可能に構成されており� �電力需給に際して需給情報の交換を行うこ� �ができる。
 また、電力需給家11bの電力需給制御機器81� �、制御装置811と、双方向DC/DCまたはDC/AC変換� ��812とを備えている。電力需給家間でDCで電� �の需給が行われるときには、電圧・電流の� �整を行う。なお、図4には図示していないが� ��電力需給制御機器71,81には限流器、積算電� �計等をさらに備えることができる。また、� �算電力計や蓄電器を備えた電力需給家では� �その制御機器51,61が充,放電を制御し、太陽� �発電セルを備える電力需給家では、非線型� �起電力から最大電力を取出して定格特性の� �力に整えるコンディショナーを備える。

 図5は、電力需給家の屋内配線を介してDC電� ��を負荷に配電する場合の説明図である。
 図5の電力需給家11cでは、図1に示した電力� �給家11における発電機器と蓄電機器と複数の 負荷とが具体的に示されている。なお、図4� �電力需給制御機器71は、図4の電力需給制御� �器71と同一のものである。

 電力需給家11cにおいて、発電機器は一例と� ��てソーラー発電器701であり、蓄電機器はバ� ��テリー702であり、複数の負荷はDC負荷7031とA C負荷7032である。
 ここでは、双方向DC/DC変換器712は、バッテ� �ー702、ソーラー発電器701、DC負荷7031との間� �電力の需給を行うとともに、DC/AC変換器706を 介してAC負荷7032との間で電力の需給を行う。

 ソーラー発電器701が生成する電力は、た� ��えば双方向DC/DC変換器712を介してバッテリ� �702、DC負荷7031に供給され、あるいはDC/AC変換 器706を介してAC負荷7032には供給される。

 電力需給制御機器71は、バッテリー702の� �電を制御する機能、屋内配線L側への安定出� ��を補償する機能を備えている。

 DC負荷7031には、電力需給制御機器71から� �電力が屋内配線L、DCコンセント7051を介して� ��給され、AC負荷7032には、電力需給制御機器7 1からの電力が屋内配線L、DC/AC変換器706、ACコ ンセント7052を介して供給される。なお、図4� ��は、DCコンセント,ACコンセントはそれぞれ1� ��しか示していないが、それぞれ複数設け、� ��れらにDC負荷、AC負荷を接続することができ る。

 以上に述べた本発明の電力システムにお� ��る各電力需給家11,15などは、夫々が備えた� �力需給制御機器104,153などをノードとし各電� ��需給家11,15などの間の送電線Wをリンクとし� ��、電力ネットワークが形成されている。従� ��て、各電力需給制御機器104,153などには各電 力需給家11,15の間での電力のやり取りを制御� ��る機能を備えている。

 電力需給制御機器104,153の基本機能は、電 力のやり取りをする相手方となる電力需給家 11,15などの判別、相手方との電力のやり取り� ��送り出しか取り込みかの判別、電力率と電� ��量の制御などの機能である。この機能は、� ��力ネットワーク間を通信回路で結び、各電� ��需給家相互の必要な電力や供給可能な電力� ��その電力量や電力率、或は、これらに関す� ��将来的な予測などのデータを交換,処理して 各電力需給家相互間で電力を融通し合うこと を、高度なレベルで制御する。

 上記の電力需給制御機器104,153の機能は、 種々の制御機能を備えた例えば電圧変換器(Vo ltage Converter)、電流制御器、スイッチなどを� ��準にして構成し、当該変換器などの制御に� ��り必要な電力の伝達経路を個々に切換え、� ��電電流の大きさや過渡現象の特性解析に基� ��くことなどによって、遮断器や限流器の機� ��を果すようにした。これによって、ある電� ��需給家に、例えば、電気的な事故が発生し� ��とき、当該需給家の各電気機器(負荷103)と� �電機器102や発電機器101は、全面遮断ではな� �、必要なラインのみを遮断し、他のライン� �遮断せず利用できるように、電力需給制御� �器104,153で制御することができる。

 ところで、図1の電力システムでは、電力 需給家の適宜数を集めた群を、一つの電力需 給家として扱うことができる。図5に示すよ� �に、電力需給家群G11,G12,・・・は、このとき の群(たとえば、数十~1万戸程度)を示してい� �。

 図6では、電力需給家群G11,G12,・・・同士は� ��電力需給制御機器S1を介して相互に接続さ� �ている。また、電力需給家群G11,G12,・・・の 上位階層は、G21,G22,・・・で示され、更に上� ��階層はG31,G32,G33,・・・で示されている。こ� ��では、図示はされていないが、G31,G32,G33,・� ��・より更に上位の階層が形成される。
 たとえば、電力需給家群G11,G12,・・・は「� �」単位、G21,G22,・・・は「市」単位、G31,G32,G 33,・・・は、「県」単位とされる。

 図6では、電力需給家群G11,G12,・・・は、� ��力需給制御機器S1により他の電力需給家と� �互接続されているが、各上位階層と下位階� �とは、電力需給制御機器S2,S3,S4・・・を介し て相互に階層接続されている。

 上記の実施形態では、各電力需給家が、� ��7(A)に示すような分枝状に接続されている場 合を説明した。各電力需給家は、図7(B)に示� �ように星状に接続してもよいし、図7(C)に示� ��ように網状に接続してもよい。さらに、こ� ��らを複合した態様で接続してもよい。

 図8は、複数の他の電力需要家と異なる電 力需給線路を介して接続された電力需給家の 例を示す図である。図8では、双方向DC/DC変換 器712は、たとえば図7(C)に示したような電力� �給家同士の接続態様において、電力需給線� �W1,W2,W3間で電力の移動をして他の電力需給家 同士の電力需給を仲介することができる。前 記の電力需給線路W1~W3の間での電力の移動に� ��、移動可能な発電機器、及び/又は、移動可 能な蓄電機器を移動させて電力を需給する形 態を含む。