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WO2013001713A1 - 制御装置の設計方法、及び制御装置 - Google Patents

制御装置の設計方法、及び制御装置 Download PDF

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WO2013001713A1
WO2013001713A1 PCT/JP2012/003470 JP2012003470W WO2013001713A1 WO 2013001713 A1 WO2013001713 A1 WO 2013001713A1 JP 2012003470 W JP2012003470 W JP 2012003470W WO 2013001713 A1 WO2013001713 A1 WO 2013001713A1
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WO
WIPO (PCT)
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value
control
control device
output
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/003470
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English (en)
French (fr)
Inventor
誠也 宮崎
貴弘 工藤
裕 山本
正章 永原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to US13/817,971 priority Critical patent/US9158300B2/en
Priority to EP12804147.2A priority patent/EP2728700A4/en
Priority to CN201280001981.0A priority patent/CN103004052B/zh
Priority to JP2012548246A priority patent/JP5937519B2/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41865—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • H02J7/00716—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current in response to integrated charge or discharge current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from AC mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a control device design method and the like, and more particularly, to a control device design method and the like that outputs a command value to an inverter that controls power to be charged or discharged by a storage battery.
  • Storage batteries have a limited amount of power that can be charged or discharged. Therefore, a power storage device including a control device for controlling the operation of the storage battery by feeding back the deviation between the planned value of the power storage amount and the value of the actual power storage amount has been proposed (for example, Patent Document 1 and 2).
  • the conventional control device has a problem that it is difficult to realize all three performances of the remaining capacity fluctuation suppressing property, the target value followability, and the robustness in an appropriate balance.
  • the present invention solves the conventional problems, and a control device that controls a storage battery so as to realize all three performances of remaining capacity fluctuation suppression, target value followability, and robustness in an appropriate balance. It is an object of the present invention to provide a control device design method capable of designing a control device.
  • the control device design method charges or discharges an inverter that controls an output value, which is power to be charged or discharged by the storage battery, so that a storage amount of the storage battery matches a control target value.
  • a control device design method for outputting an output command value for instructing wherein a first threshold value used for determining a first control amount, a second threshold value used for determining a second control amount, and A threshold value determining step for determining a third threshold value used for determining the third control amount; a first weight function for calculating the first control amount; and a second control amount.
  • a weight function setting step for setting a second weight function of the second control function and a third weight function for calculating the third control amount, a difference between the control target value and the output value, and the output value
  • the output command value is output using the integral value of
  • a transfer function determining step for determining a transfer function of the control device, wherein the transfer function determining step is obtained by multiplying the difference between the control target value and the output value by the first weight function.
  • the first control amount is smaller than the first threshold
  • the second control amount obtained by multiplying the output value by the second weight function is smaller than the second threshold
  • the transfer function is determined by H ⁇ control theory so that the third control amount obtained by multiplying the integral value of the output value by the third weight function is smaller than the third threshold value.
  • the present invention can be realized not only as a control device design method but also as a control device designed by the control device design method. It can also be realized as a program for causing a computer to execute such a control device design method. Needless to say, this program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Only Memory) and a transmission medium such as the Internet.
  • a recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Only Memory)
  • a transmission medium such as the Internet.
  • the present invention can be realized as a semiconductor integrated circuit (LSI) that realizes part or all of the functions of a control device designed by such a control device design method, or power control including such a control device. Or as a device.
  • LSI semiconductor integrated circuit
  • control device that controls the storage battery so as to realize all three performances of the remaining capacity fluctuation suppression, the target value followability, and the robustness in an appropriate balance.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of the power control apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing functional blocks of the control device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of changes in load power, power generation device power, and power receiving point power target value.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of a model of a power storage device used when a control device is designed as an H ⁇ controller by the design method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a processing flow of the control device design method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of the power control apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 7 is a flowchart showing a process flow of the control device design method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an example of parameters included in the model of the power storage device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an example of a state space equation of the control device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a gain diagram of the H ⁇ controller designed by the control device design method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a simulation result (effect of W3) of control by the control device designed by the design method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a simulation result (side effect of W3) of control by the control device designed by the design method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a simulation result (effect of W4) of control by the control device designed by the design method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a conventional storage battery
  • the storage battery in the energy management system is used as a backup power source in case of an emergency such as a power failure.
  • the storage battery is used as a power source that supplies power at night by storing surplus power of the solar battery during the day.
  • Patent Document 1 and 2 a power storage device including a control device for controlling the operation of the storage battery by feeding back the deviation between the planned value of the power storage amount and the value of the actual power storage amount has been proposed (for example, Patent Document 1 and 2).
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a control device included in the power storage device according to the related art of the present invention described in Patent Document 2.
  • the control device 900 includes a storage amount deviation estimation unit 901, a correction amount calculation unit 902, and a storage value output command unit 903.
  • the control device 900 receives as input the three parameters of the storage value output planned value, the planned storage amount, and the actual storage amount, and outputs the command value that the storage value should output.
  • the control device 900 calculates a deviation between the planned power storage amount and the actual power storage amount by the power storage amount deviation estimation unit 901.
  • a correction amount calculation unit 902 calculates a correction amount obtained by dividing the deviation by unit time.
  • the power storage value output command unit 903 adds the correction amount to the power storage device output planned value to calculate the power storage value output value.
  • the control device 900 is configured by a control method called PI control for controlling the operation of the storage battery by feeding back the deviation between the planned value and the actual value of the storage amount.
  • PI control is a control method using a proportional action (Proportional Action) and an integral action (Integral Action) among classical control methods.
  • Proportional Action Proportional Action
  • Integral Action integral action
  • target value followability the performance of controlling the charging and discharging of the storage battery so that the deviation between the planned value and the actual value of the storage amount becomes smaller in a shorter time.
  • residual capacity fluctuation suppression It is known that large fluctuations in the capacity of the storage battery promote the deterioration of the storage battery, and the ability to suppress fluctuations in the capacity of the storage battery (hereinafter referred to as residual capacity fluctuation suppression) is important from the viewpoint of extending the life of the storage battery. is there. That is, there is a relationship that the life of the storage battery included in the power storage device is extended as the remaining capacity fluctuation suppression of the control device is higher.
  • the power supply / demand balance performance is evaluated by the same amount for 30 minutes.
  • the same amount for 30 minutes is represented by the ratio between the difference between the power target value at the power receiving point every 30 minutes and the power value at the actual power receiving point, and the contract power amount.
  • each customer is required by an agreement with an electric power supplier to always have a value within ⁇ 3%. Therefore, in order to bring the same amount for 30 minutes close to 0, it is important for the control device to further improve the target value followability with respect to the power target value at the power receiving point.
  • the control device is also required to have a performance that does not lose control stability against this error (referred to as modeling error).
  • modeling error this performance is called robustness.
  • the target value followability is improved, the influence of the error between the model and the actual machine on the control result increases. As a result, robustness is reduced. Therefore, with the PI control method, the two performances of robustness and target value followability are simultaneously balanced with an appropriate balance for the same reason as the above-mentioned problem of achieving both the remaining capacity fluctuation suppression and the target value followability.
  • the design to achieve is not easy.
  • the present invention solves the conventional problems, and designs a control device that controls a storage battery so as to realize all three performances of the remaining capacity fluctuation suppression, target value followability, and robustness in an appropriate balance.
  • An object of the present invention is to provide a method for designing a control device.
  • the design method of the control device provides an output value that is power that the storage battery should charge or discharge so that the storage amount of the storage battery matches the control target value.
  • a control device design method for outputting an output command value for instructing charging or discharging to an inverter that controls the first threshold value and second control amount determination used for determining the first control amount A threshold value determining step for determining a second threshold value used for determining the third control value and a third threshold value used for determining the third control amount; a first weight function for calculating the first control amount; A weight function setting step for setting a second weight function for calculating the second control amount and a third weight function for calculating the third control amount; the control target value; and the output The difference between the output value and the integrated value of the output value.
  • a transfer function determining step for determining a transfer function of the control device that outputs the output command value.
  • the difference between the control target value and the output value The first control amount obtained by multiplying the weight function of 1 is smaller than the first threshold value, and the second control amount obtained by multiplying the output value by the second weight function is the first control amount. H ⁇ control so that the third control amount obtained by multiplying the integral value of the output value by the third weight function is smaller than the third threshold.
  • the transfer function is determined by theory.
  • the target value followability can be adjusted by setting the first weight function in the control device design stage.
  • the robustness can be adjusted by setting the second weight function.
  • the remaining capacity fluctuation suppression can be adjusted by setting the third weight function. That is, at the time of design, it is possible to individually set weight functions respectively corresponding to three performances for which an appropriate balance is desired to be realized.
  • a fourth threshold value is further determined.
  • a fourth weight function for calculating a fourth control amount by multiplying the output command value is further obtained.
  • the transfer function may be further determined by H ⁇ control theory so that the fourth control amount is smaller than the fourth threshold value.
  • the control device includes a matrix storage unit that stores a coefficient matrix for expressing the transfer function determined by the control device design method described above as a state space, and the state space.
  • a state storage unit for storing a vector representing an internal state of the battery, a difference between the control target value and the output value of the storage battery, an integral value of the output value of the storage battery, and an internal stored in the state storage unit
  • an arithmetic unit that calculates the output command value based on the state and the coefficient matrix.
  • control device performs the H ⁇ control in consideration of the weighting function that improves the remaining capacity fluctuation suppressing performance of the storage battery, so that the three performances of remaining capacity fluctuation suppressing performance, target value followability, and robustness are achieved. Can be realized in an appropriate balance.
  • the calculation unit calculates a first multiplication result by multiplying the first coefficient matrix stored in the matrix storage unit by a vector representing an internal state at a certain time point n, A second coefficient matrix stored in the matrix storage unit, and (1) a difference between the control target value and the output value of the storage battery acquired by the control device at a certain time point n, and (2) the storage battery
  • a second multiplication result is calculated by multiplying the vector having the integral value of the output value as an element, and a vector representing the internal state at the time point of n + 1 is calculated by adding the first and second multiplication results.
  • the output command value may be calculated by multiplying the vector representing the internal state at the time point n + 1 by the third coefficient matrix stored in the matrix storage unit.
  • the calculation unit can specifically calculate the output command value at the next time point from the internal state at a certain time point based on the coefficient matrix stored in the matrix storage unit of the control device.
  • the power control device includes the control device described above, and the storage battery so that the output value of the storage battery matches the power corresponding to the output command value output from the control device. And an integrator that integrates the output value of the storage battery, and the controller is integrated by the difference between the control target value and the output value of the storage battery, and the integrator. When the integral value of the output value of the storage battery is input, the output command value is output to the inverter.
  • the power control apparatus can control charging / discharging of the inverter according to H ⁇ control including a weight function that improves the remaining capacity fluctuation suppression of the storage battery. Therefore, it is possible to realize a power control device in which the three performances of the remaining capacity fluctuation suppressing property, the target value followability, and the robustness are all realized in an appropriate balance.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • the power storage device 200 acquires a power receiving point power target value, power generated by the power generation device 202, and power consumed by the load device 204, Electric power is output to the distribution board / distribution board 206.
  • the power receiving point power target value is a target value to be balanced at the power receiving point 208 between the power from the customer side to the grid side (so-called reverse power) and the power from the grid side to the customer side. is there.
  • the power receiving point power target value is determined in advance between the consumer and the electric power company.
  • the power generation device 202 is a power generation device such as a solar power generation device, a wind power generation device, or a fuel cell cogeneration system.
  • the load device 204 is a general device that consumes electric power, such as a television, an air conditioner, and an electric vehicle charging device.
  • the power storage device 200 includes a power control device 190 and a storage battery 199.
  • the power control device 190 includes the control device 100 and an inverter 191.
  • the storage battery 199 is an arbitrary type of storage battery such as a lithium ion battery, a lead storage battery, a sodium-sulfur battery, or a nickel cadmium battery.
  • the power storage device 200 includes a storage battery 199 and a power control device 190 for controlling the power output from the power storage device 200 to a desired value after converting the direct current of the storage battery 199 into an alternating current.
  • the power storage device 200 is connected together with the load device 204 and the power generation device 202 to a distribution board / distribution board 206 that is a single distribution board or distribution board. That is, the power storage device 200 collects the charge / discharge power of the power storage device 200, the generated power of the power generation device 202, and the power consumption of the load device 204.
  • the power receiving point power target value is set in the power storage device 200 from the outside of the power storage device 200, for example, by a user operation.
  • a power receiving point is a boundary between an electric power company and a consumer, and refers to a place where the distribution board or the distribution board is connected to a distribution network.
  • the power receiving point power target value is a value that the power at the power receiving point 208 should take. For example, when the power receiving point power target value is 0, the flow of electricity at the power receiving point 208 is set to 0. Further, when the power receiving point power target value is positive, it means that the customer purchases power from the electric power company. On the other hand, when the power receiving point power target value is negative, it means that the customer is in a state of selling power to the electric utility.
  • the power storage device 200 calculates and controls the power that the power storage device 200 should charge and discharge so that the actual power receiving point power becomes the same value as the power receiving point power target value. Specifically, the power storage device 200 collects the power values of the power generation device 202, the load device 204, and the power storage device 200, and calculates the power receiving point power by adding the collected power values. The power control device 190 performs feedback control so that the calculated value becomes the same value as the power receiving point power target value by adjusting the power charged / discharged from the storage battery 199 by the inverter 191.
  • the storage battery 199 is not limited in its form as long as it is a secondary battery such as a lithium ion battery, a lead storage battery, or a redox flow battery.
  • the form of the power generation device 202 is not limited as long as it is a device that can generate power, such as a solar cell, a cogeneration system, a fuel cell, and a gas turbine.
  • the form of the load device 204 is not limited as long as it is a device that consumes electric power, such as various home appliances and power devices.
  • a means for directly collecting the power at the receiving point can be used, for example, by installing a power meter at the power receiving point.
  • active power In the following description, only active power will be described, but two of active power and reactive power can be controlled. .
  • FIG. 2 shows a configuration of a power control device 190 provided in the power storage device.
  • FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of the power control apparatus 190.
  • the power control device 190 includes the control device 100, an inverter 191 connected to the storage battery 199, an integrator 192, and a filter 193.
  • the inverter 191 charges and discharges the storage battery 199 so that the output value of the storage battery 199 matches the output command value output from the control device 100.
  • the output value of the storage battery 199 is electric power output from the storage battery 199, and can take a positive or negative value. That is, when the output value is positive, the storage battery 199 is discharged. On the other hand, when the output value is negative, the storage battery 199 is charged.
  • the output command value is output to the inverter 191 that controls the charging and discharging operations of the storage battery 199 in order to actually charge and discharge the storage battery 199 with the output value that is the charge / discharge power of the storage battery 199 determined by the control device 100. Command value.
  • the integrator 192 integrates the output value that the inverter 191 charges / discharges the storage battery 199 with time.
  • the control device 100 When the difference between the control target value and the output value of the storage battery 199 and the integrated value of the output value integrated by the integrator 192 are input, the control device 100 outputs an output command value to the inverter 191. That is, the control device 100 has a feedback loop that acquires the output of the inverter 191.
  • the control device 100 has two input signals and one output signal. One of the input signals of the control device 100 is obtained by the following equation (1).
  • the control device 100 adjusts the output of the inverter 191 in the positive direction when the value of the input signal obtained by the equation (1) is positive. On the contrary, when the value of the input signal obtained by the expression (1) is negative, the output is adjusted in the negative direction.
  • the inverter 191 is connected to the storage battery 199 and is a device for controlling charging / discharging of the storage battery 199 to a desired value.
  • the output value of the power storage device is controlled by the feedback loop so as to approximate the calculated value by the following equation (2).
  • the filter 193 is signal processing for extracting a specific frequency component of the input signal.
  • the characteristic of the filter 193 is represented by a transfer function.
  • a high-pass filter (high-pass filter; HPF) can output only a high frequency component of an input signal by using a transfer function that suppresses a low frequency component.
  • HPF high-pass filter
  • the output of the filter 193 increases as the calculated value according to the following equation (3) changes more rapidly by calculating the transfer function, and the filter changes as the change changes more slowly.
  • the output of 193 is a smaller value.
  • the power storage device 200 can perform noise removal that cancels a sudden change in power.
  • the power storage device 200 can realize the power supply / demand balance of the entire system.
  • a filter 193 using a bandpass filter (bandpass filter; BPF) that combines the properties of a highpass filter and a lowpass filter or an allpass filter (allpass filter; APF) having a constant amplitude characteristic may be used. Conceivable.
  • the power control device 190 may not include the filter 193. However, by including an appropriate filter 193 corresponding to a frequency band that is included in a large amount of power to be controlled by the power control device 190, the power control device 190 can control power more accurately.
  • the second input signal of the control device 100 is obtained by integrating the output value of the storage battery 199 output via the inverter 191 by the integrator 192. This corresponds to calculating the total amount of charged and discharged power by taking the integral of the charged and discharged power. That is, the integral value of the output value of the storage battery 199 means the amount of change in the capacity of the storage battery 199.
  • the control device 100 can reduce the capacity change of the storage battery by controlling the charge / discharge power in a direction in which the amount of change in the capacity of the storage battery 199 approaches 0.
  • control device 100 Next, a detailed configuration of the control device 100 will be described with reference to FIG.
  • control device 100 includes a calculation unit 102, a matrix storage unit 104, and a state storage unit 106.
  • the matrix storage unit 104 stores a coefficient matrix for expressing a transfer function determined by the control device design method according to the present invention as a state space. Specifically, they are RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), SRAM (Static Random Access Memory), and the like. A method for determining the coefficient matrix will be described later.
  • the state storage unit 106 is a storage unit for storing a vector representing an internal state in the state space. Specifically, like the matrix storage unit 104, a RAM, a ROM, an SRAM, or the like is used. A specific example of the internal state will be described later.
  • the calculation unit 102 stores e 1 which is the difference between the control target value input to the control device 100 and the output value of the storage battery 199, e 2 which is the integral value of the output value of the storage battery 199, and the state storage unit 106. Based on the internal state and the coefficient matrix stored in the matrix storage unit 104, u that is an output command value is calculated.
  • the calculation unit 102 multiplies the first coefficient matrix A k stored in the matrix storage unit 104 and a vector representing the internal state at a certain time point n.
  • the second coefficient matrix B k stored in the matrix storage unit 104 is multiplied by a vector whose elements are e 1 and e 2 acquired by the control device 100 at a certain time point n.
  • a vector representing the internal state at the next time point of n (that is, the time point of n + 1) is calculated.
  • the operation unit 102 multiplies the third coefficient matrix C k stored in the matrix storage unit 104 by a vector representing the internal state at the time point n + 1, thereby outputting the output u [n + 1] at the time point n + 1. Is calculated. A method for calculating each coefficient matrix will be described later.
  • FIG. 4 shows an example of changes in the load device power that is the power consumed by the load device 204, the power generation device power that is the power generated by the power generation device 202, and the power receiving point power target value.
  • Load device power changes from moment to moment due to fluctuations in consumer demand. Further, the power of the power generator changes from moment to moment due to fluctuations in the output of solar cells, cogeneration systems, fuel cells, gas turbines, and the like.
  • the power receiving point power target value consists of a fixed value in 30-minute units or a monotonous change.
  • the power receiving point power target value is a value that the power at the power receiving point 208 should take as described above. More specifically, it is a power value that informs in advance how much power a consumer having an energy management system will purchase or sell to an electric utility in a 30-minute slot after 24 hours, for example. .
  • the power supply / demand balance performance is expressed by the same amount of 30 minutes.
  • the same amount exceeds, for example, ⁇ 3%, there is a penalty that a charge with a unit price higher than usual is applied to auxiliary power purchased from an electric power company. Therefore, the power storage device 200 needs to control the charge / discharge power so as to satisfy the same amount of 30% ⁇ 3% at the same time as much as possible.
  • the target value followability of the control device 100 is higher.
  • the control apparatus 100 is more robust.
  • the control device 100 has a higher remaining capacity fluctuation suppressing property.
  • an H ⁇ controller is used as a controller model used in the control device 100.
  • the H ⁇ controller is a related technique according to the present invention that can achieve both target value followability and robustness.
  • An H ⁇ controller obtained by adding a new weighting function and control amount for improving the remaining capacity fluctuation suppression to the H ⁇ controller is used as the control device 100 according to the present embodiment.
  • a method for determining various parameters necessary for mounting the H ⁇ controller will be described as a method for designing the control device 100.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of a model of the power storage device used when designing the control device 100 modeled as an H ⁇ controller by the design method according to the embodiment of the present invention.
  • the controller 100 can be designed by appropriately determining the parameters of the filter 130, the controller 131, the control target 132, the integrator 133, and the weight function model shown in FIG. This will be described in more detail below.
  • K (s) is a transfer function of the H ⁇ controller which is the control device 131. Specifically, it corresponds to the control device 100 included in the power control device 190 shown in FIG.
  • P (s) is a transfer function of the control target 132. Specifically, it corresponds to the inverter 191 provided in the power control apparatus 190 shown in FIG.
  • the command value w is a control target value. Specifically, it is a value calculated by the aforementioned equation (3). More specifically, the command value w corresponds to the power consumption value of the load device 204 ⁇ the output value of the power generation device 202 ⁇ the power receiving point power target value shown in FIG.
  • y 1 is the output of the control object 132. Specifically, it corresponds to the output value of the storage battery shown in FIG.
  • F (s) is a transfer function of the filter 130. Specifically, for example, only a high-frequency component of the command value is set as a target value input of the H ⁇ controller by having a transfer function with a high-pass characteristic.
  • the integrator 133 is an integrator that time-integrates the output y 1 to be controlled.
  • y 2 is the output of the integrator 133.
  • e 1 and e 2 at the input of the controller 131 modeled as an H ⁇ controller.
  • e 1 the difference value between the output of the filter 130 and the output y 1 of the control target 132 is input to the control device 131, thereby realizing a feedback structure for the target value input.
  • the output y 2 of the integrator 133 is input to the controller 131 is directly H ⁇ controller as input e 2.
  • the combined values are defined as control amounts Z 1 , Z 2 , Z 3 , and Z 4 , respectively.
  • the weight functions W 1 , W 2 , W 3 , and W 4 are each represented as a transfer function.
  • the characteristic of the control device 131 can be changed by increasing or decreasing the gain included in each transfer function in the frequency domain. Note that s included in the transfer function represents a variable of Laplace transformation. Details of the control amounts Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 and the weight functions W 1 , W 2 , W 3 , W 4 will be described later.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a processing flow of the control device design method according to the embodiment of the present invention.
  • the control device 100 is modeled as an H ⁇ controller.
  • the H ⁇ control theory is a control theory for constructing a control system that suppresses the influence of disturbance signals and modeling errors.
  • the transfer function is evaluated by a norm called an H ⁇ norm, and the transfer function is determined so as to be smaller than a desired value, thereby achieving the target performance.
  • the design procedure is taken to reduce the H ⁇ norm of the transfer function from when a disturbance signal is input until the evaluation is output.
  • robustness the property that does not lose stability that is effective against errors from the assumed nominal model.
  • a model to be controlled is required.
  • Robust control is a control system design method for designing a robust control system in the sense of maintaining stability against such errors, and H ⁇ control can be modeled strictly due to its robustness. The advantage is that it is no longer needed.
  • the specifications of the controlled variables Z 1 , Z 2 , Z 3 , and Z 4 are determined based on the control model shown in FIG. 5 (S102).
  • the specification of the controlled variable Z 1, Z 2, Z 3 , Z 4 for example, a control amount Z 1, Z 2, Z 3 , Z 4 threshold values corresponding to the respective upper limits.
  • control amounts Z 1 , Z 2 , Z 3 , and Z 4 are all preferably closer to 0.
  • the values of the weight functions W 1 , W 2 , W 3 , W 4 are set based on the specifications (S103). For example, assuming that Z is set so as to be significantly reduced in the high frequency band, the value of W is set as a transfer function having a large high-pass characteristic in the high frequency band as shown in Expression (4). .
  • a and Tw are constants that determine high-pass characteristics.
  • each weight function is as follows.
  • the weight function W 1 has an effect of suppressing the tracking error. Therefore, by appropriately setting the weighting function W 1, it is possible to improve the target value follow-up performance of the control device 100. For example, when W 1 is defined as 1 / (0.1 s + 1), since the transfer function includes an integral element, it is possible to adjust the target tracking characteristic particularly in the low frequency region. Further, by adding a term including s to the numerator as a differential element, it is possible to design W 1 so that the target tracking characteristic in the high frequency region can be adjusted. That is, W 1 is determined according to the target value followability specification required for the target system.
  • Weighting function W 2 has the effect of suppressing the influence of the modeling error. Therefore, by appropriately setting the weighting function W 2, it is possible to improve the robustness of the control apparatus 100.
  • W 2 can be defined as 0.0001 s / (0.1 s + 1). Specifically, W 2 is determined in accordance with the robustness specification required for the target system, as in W 1 .
  • Weighting function W 3 being has the effect of suppressing the variation of the residual capacity of the storage battery. Therefore, by appropriately setting the weighting function W 3, it is possible to improve the remaining capacity fluctuation suppression of the control device 100.
  • W 3 can be defined as 0.001.
  • W 3 is a constant in order to improve the remaining capacity fluctuation suppression of the control device 100 in all frequency regions.
  • the size of W 3 is preferably set to be larger than 0.0001 which is the coefficient of the numerator of W 2 and smaller than 0.02 which is the coefficient of the numerator of W 3 .
  • Weighting function W 4 has the effect of preventing the saturation suppressed output of the controller. Therefore, by appropriately setting the weighting function W 4, it is possible to improve the remaining capacity fluctuation suppression of the control device 100.
  • W 4 can be defined as 0.02 s / (0.1 s + 1).
  • K (s) such that
  • the control device 100 of the sub-optimal solution can be designed.
  • ⁇ is defined as the maximum singular value in the entire frequency range of the product of the transfer functions Tz and Tw, as represented by Expression (5).
  • Equation (5) ⁇ (•) represents the maximum singular value.
  • Non-Patent Document 1 A more detailed solution of the H ⁇ control problem is omitted because it is detailed in Non-Patent Document 1.
  • the weight function W 4 and the control amount Z 4 shown in FIG. 5 do not necessarily have to be determined.
  • robustness to modeling errors is to be achieved by determining the weighting function W 2 and the control amount Z 2.
  • the control device 100 can suppress the output of the controller and prevent saturation. As a result, more robust control can be performed.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the processing procedure of the control device design method when the control amount Z 4 and the weighting function W 4 are not used.
  • Step S102a shown in FIG. 7 the processing in each step of steps S103a, and step S104a, except that there are no processing related to the control amount Z 4 and weighting function W 4, the same as the processing shown in FIG. 6 is there.
  • the design method of the control device provides an output for instructing charging / discharging to an inverter that controls an output value that is power to be charged / discharged by the storage battery.
  • This is a design method for a control device that outputs a command value.
  • the first threshold value used for determining the first control amount the second threshold value used for determining the second control amount, and the third threshold value used for determining the third control amount.
  • the first control amount obtained by multiplying the difference between the control target value and the output value by the first weight function is smaller than the first threshold value
  • the second control amount obtained by multiplying the second weight function by the second weight function is smaller than the second threshold
  • the third control amount obtained by multiplying the integrated value of the output values by the third weight function is The transfer function is determined by the H ⁇ control theory so as to be smaller than the third threshold value.
  • a fourth threshold value is further determined, and in the weight function setting step (S103), the output command value is further multiplied to perform the fourth control.
  • a fourth weight function for calculating the amount is set, and in the transfer function determination step (S104), the transfer function is further determined by the H ⁇ control theory so that the fourth control amount becomes smaller than the fourth threshold value. You may decide.
  • FIG. 8 shows an example in which the parameters in the block diagram of the H ⁇ control design shown in FIG. 5 are determined by the design method described above.
  • F (s) is the transfer function of the filter.
  • a filter having a high-pass characteristic transfer function with a time constant of 5.05 seconds is illustrated as a filter suitable for the power control apparatus 190 to control fine fluctuations in power.
  • the power generation device 202 is a power generation device with a large fluctuation in output power such as a solar power generation system
  • a filter having such characteristics is suitable.
  • the time constant is a parameter that determines the cutoff frequency of the first-order frequency response in the linear time-invariant system, and physically indicates the time until the step response of the system reaches about 63.2% of the final value. .
  • P (s) is a plant, and represents the model to be controlled by a transfer function.
  • a model having a low-pass characteristic transfer function with a time constant of 0.1 seconds is illustrated in consideration of the output characteristics of the power control device 190 included in the power storage device 200 to be controlled. This model has a rise time.
  • W 1 , W 2 , W 3 , and W 4 are weight functions, and each has a role to adjust each performance as described above. Specifically, for example, when W 1 is increased, the target value followability can be improved. Also, increasing the W 2 can be improved and robustness against suppression and modeling errors of the battery output. Further, when W 3 is increased, the remaining capacity fluctuation suppression can be improved. Also, increasing W 4 can improve control input suppression and robustness against modeling errors. Since the weight function is also expressed by a transfer function, adjustment in the frequency domain is possible.
  • W 1 is expressed as a transfer function having a low pass characteristic with a value greater than the other weighting functions to enhance the tracking performance at high frequencies.
  • W 2 is represented by a transfer function having a high-pass characteristic in order to improve robustness against a modeling error at a low frequency.
  • W 3 is represented by a constant in order to moderately suppress fluctuations in the remaining capacity of the storage battery uniformly for all frequencies.
  • W 4 is represented by a transfer function having a high-pass characteristic in order to suppress control input at a high frequency.
  • the control device 100 that is the H ⁇ controller described above is obtained as a transfer function in continuous time.
  • x [n] is an internal state represented by a five-dimensional column vector in step n.
  • e [n] is a feedback input that is input to the H ⁇ controller in step n, specifically, It is.
  • U [n] is the output of the control device at step n. More specifically, e 1 is an input representing a deviation between the control target value and the output value from the storage battery 199. E 2 is an input representing an integral value of an output value of the storage battery 199.
  • a k , B k , and C k are coefficient matrices in the state space equation. Specifically, A k , B k , and C k are values calculated by the calculation described in Non-Patent Document 1 and the like described above.
  • the gain diagram about the control apparatus 100 which is the H ⁇ controller designed by the control apparatus design method according to the present embodiment is shown in FIG.
  • the gain diagram is a graph in which the horizontal axis represents the logarithmic frequency and the vertical axis represents the logarithmic quantity [dB] of the amplitude ratio (gain) of the input and output.
  • FIG. 10A is a gain diagram representing the gain from the input e 1 to the output u of the control device 100.
  • FIG. 10B is a gain diagram representing the gain from the input e 2 to the output u of the control device 100. Note that the scale of the vertical axis is the same in FIG. 10A and FIG.
  • the gain between the input e 1 representing the deviation between the target value and the output value and the output u of the control device 100 is in the range of 1 rad / sec to 10 6 rad / sec. It shows a high value.
  • the gain between the input e 2 representing the integrated value of the output and the output u of the control device 100 is compared with the former gain shown in FIG. 10 (A). A relatively low value is shown at all frequencies. From this, it can be paraphrased that the output u is qualitatively controlled with emphasis on the input e 1 rather than the input e 2 .
  • Figure 11 shows the results of simulating the effect of the weighting function W 3.
  • FIG. 11 shows a simulation result of the amount of change in the remaining capacity of the storage battery 199.
  • the horizontal axis represents time [seconds]
  • the vertical axis represents the difference [kWs] from the initial value of the storage capacity of the storage battery.
  • the weighting function W 3 to 0 indicates the amount of change remaining capacity by a broken line shows the amount of change remaining capacity in the case where the weighting function W 3 to 0.001 with a solid line.
  • the difference from the initial value is smaller in the remaining capacity of the storage battery controlled by the H ⁇ controller having the weighting function W 3 (that is, the amount of change in the remaining capacity is smaller).
  • W 3 the weighting function
  • the target value follow-up performance is considered to move in a direction to deteriorate. This is because, as described above, the remaining capacity fluctuation suppressing property and the target value followability are in a trade-off relationship. Therefore, in order to evaluate the side effect of W 3 , the purchase amount of the active power was simulated under the condition that the target value is 0 kW at the beginning and 5 kW after the second second.
  • FIG. 12 shows a simulation result of the purchase amount of active power purchased by a consumer from an electric power company as a result of control by the power control apparatus.
  • the horizontal axis represents time [seconds]
  • the vertical axis represents the purchase amount [kW] of active power.
  • purchases of active power in the case where the weighting function W 3 0 by a broken line shows purchases of active power in the case where the weighting function W 3 to 0.001 with a solid line.
  • the horizontal axis indicates time [second], and the vertical axis indicates tracking error [W].
  • control device that achieves the three performances of the remaining capacity fluctuation suppression, the target value followability, and the robustness simultaneously with an appropriate balance by the control device design method according to the embodiment of the present invention. It was shown that it can be designed.
  • control device design method There are other advantages of using the control device design method according to the present embodiment.
  • the gain can only be determined by trial and error.
  • the H ⁇ controller the relationship between the performance of the control device and the control amount becomes clear. Therefore, the prospect at the time of designing the control device is improved. Since the outlook at the time of design has improved, it is possible to easily change the design of the control device. For example, when changing the condition of the same amount of 3% for 30 minutes to a more severe condition such as 0.3% or less, it can be realized by adjusting W 1 to be smaller and W 3 to be larger. Easy to understand.
  • control device design method described in the embodiment of the present invention can be executed by a computer. Further, the control device or the like designed by the control device design method described in the embodiment of the present invention can be realized by a computer.
  • a program for causing a computer to execute each step included in the control device design method and a program executed by the control device 100 and the like designed by the design method are stored in a computer-readable medium. Things are read by a computer. That is, this program outputs to the computer to instruct charging or discharging to an inverter that controls an output value that is power to be charged or discharged by the storage battery so that the storage amount of the storage battery matches the control target value.
  • a control device design method for outputting a command value wherein a first threshold value used for determining a first control amount, a second threshold value used for determining a second control amount, and a third control amount
  • output the output command value A transfer function determining step for determining a transfer function of the control device, wherein the transfer function determining step is obtained by multiplying the difference between the control target value and the output value by the first weight function.
  • the first control amount is smaller than the first threshold
  • the second control amount obtained by multiplying the output value by the second weight function is smaller than the second threshold
  • a control device that determines the transfer function by H ⁇ control theory so that the third control amount obtained by multiplying the integral value of the output value by the third weight function is smaller than the third threshold value.
  • the computer includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a hard disk, and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the CPU executes the read program.
  • the ROM stores programs and data necessary for the operation of the computer.
  • the RAM stores data such as parameters when the program is executed.
  • the hard disk stores programs and data.
  • the system LSI is an ultra-multifunctional LSI manufactured by integrating a plurality of components on a single chip, and specifically, a computer system including a microprocessor, ROM, RAM, and the like. .
  • a computer program is stored in the RAM.
  • the system LSI achieves its functions by the microprocessor operating according to the computer program.
  • the constituent elements constituting the control device 100 and the like designed by the above-described control device design method may be configured from an IC card or a single module that can be attached to and detached from each device.
  • the IC card or module is a computer system that includes a microprocessor, ROM, RAM, and the like.
  • the IC card or the module may include the super multifunctional LSI described above.
  • the IC card or the module achieves its function by the microprocessor operating according to the computer program. This IC card or this module may have tamper resistance.
  • the present invention may be a control device including a RAM, a CPU, a ROM, and the like that store a transfer function determined by the control device design method described above.
  • the present invention provides a recording medium capable of reading the computer program or the digital signal, such as a flexible disk, a hard disk, a CD-ROM, an MO, a DVD, a DVD-ROM, a DVD-RAM, a BD (Blu-ray Disc). (Registered trademark)), a memory card such as a USB memory or an SD card, or a semiconductor memory. Further, the digital signal may be recorded on these recording media.
  • a recording medium capable of reading the computer program or the digital signal, such as a flexible disk, a hard disk, a CD-ROM, an MO, a DVD, a DVD-ROM, a DVD-RAM, a BD (Blu-ray Disc). (Registered trademark)), a memory card such as a USB memory or an SD card, or a semiconductor memory.
  • the digital signal may be recorded on these recording media.
  • the computer program or the digital signal may be transmitted via an electric communication line, a wireless or wired communication line, a network represented by the Internet, a data broadcast, or the like.
  • the present invention may also be a computer system including a microprocessor and a memory, in which the memory stores the computer program, and the microprocessor operates according to the computer program.
  • program or the digital signal is recorded on the recording medium and transferred, or the program or the digital signal is transferred via the network or the like and executed by another independent computer system. You may do that.
  • the present invention can be applied to a control device design method, and in particular, to a control device design method for outputting an output command value to an inverter that controls power to be charged and discharged by a storage battery.

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Abstract

　本発明に係る制御装置の設計方法は、第１、第２、及び第３の閾値を決定する閾値決定ステップ（Ｓ１０２ａ）と、制御目標値と蓄電池の出力値との差分に乗じることにより第１の制御量を算出するための第１の重み関数と、蓄電池の出力値に乗じることにより第２の制御量を算出するための第２の重み関数と、蓄電池の出力値の積分値に乗じることにより第３の制御量を算出するための第３の重み関数とを設定する重み関数設定ステップ（Ｓ１０３ａ）と、第１の制御量、第２の制御量、及び第３の制御量のそれぞれが、第１、第２、及び第３の閾値のそれぞれよりも小さくなるように、制御装置の伝達関数をＨ∞制御理論によって決定する伝達関数決定ステップ（Ｓ１０４ａ）とを含む。

Description

制御装置の設計方法、及び制御装置
　本発明は、制御装置の設計方法等に関し、特に、蓄電池が充電または放電すべき電力を制御するインバータへ指令値を出力する制御装置の設計方法等に関する。
　蓄電池には、充電または放電ができる電力量に限りがある。そこで、蓄電量の計画値と実際の蓄電量の値との偏差をフィードバックすることにより、蓄電池の動作を制御するための制御装置を備えた蓄電装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２）。
特開２００１－１１２１７６号公報 特開２０１０－４１８０２号公報
Ｄｏｙｌｅ，　Ｊｏｈｎ　Ｃ．　ａｎｄ　Ｇｌｏｖｅｒ，　Ｋｅｉｔｈ　ａｎｄ　Ｋｈａｒｇｏｎｅｋａｒ，　Ｐｒａｍｏｄ　Ｐ．　ａｎｄ　Ｆｒａｎｃｉｓ，　Ｂｒｕｃｅ　Ａ．著，"Ｓｔａｔｅ－ｓｐａｃｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｈ２　ａｎｄ　Ｈ∞　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ"，ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，１９８９年，第３４巻，第８号，ｐ．８３１－８４７
　しかしながら、従来の制御装置では、残容量変動抑制性、目標値追従性、及び、ロバスト性の３つの性能をすべて適切なバランスで実現することが難しいという課題がある。
　そこで、本発明は、従来の課題を解決するもので、残容量変動抑制性、目標値追従性、及び、ロバスト性の３つの性能をすべて適切なバランスで実現するように蓄電池を制御する制御装置を設計可能な、制御装置の設計方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る制御装置の設計方法は、蓄電池の蓄電量が制御目標値に適合するように、前記蓄電池が充電または放電すべき電力である出力値を制御するインバータへ充電または放電を指示するための出力指令値を出力する制御装置の設計方法であって、第１の制御量の判断に用いられる第１の閾値、第２の制御量の判断に用いられる第２の閾値、及び第３の制御量の判断に用いられる第３の閾値を決定する閾値決定ステップと、前記第１の制御量を算出するための第１の重み関数と、前記第２の制御量を算出するための第２の重み関数と、前記第３の制御量を算出するための第３の重み関数とを設定する重み関数設定ステップと、前記制御目標値と前記出力値との差分、及び前記出力値の積分値を入力とし、前記出力指令値を出力とする前記制御装置の伝達関数を決定する伝達関数決定ステップとを含み、前記伝達関数決定ステップにおいては、前記制御目標値と前記出力値との差分に前記第１の重み関数を乗じて得られる前記第１の制御量が前記第１の閾値よりも小さくなり、前記出力値に前記第２の重み関数を乗じて得られる前記第２の制御量が前記第２の閾値よりも小さくなり、かつ、前記出力値の積分値に前記第３の重み関数を乗じて得られる前記第３の制御量が前記第３の閾値よりも小さくなるように、Ｈ∞制御理論によって前記伝達関数を決定する。
　なお、本発明は、このような制御装置の設計方法として実現できるだけでなく、制御装置の設計方法によって設計された制御装置としても実現できる。また、そのような制御装置の設計方法をコンピュータに実行させるプログラムとしても実現できる。また、このプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのはいうまでもない。
　さらに、本発明は、このような制御装置の設計方法によって設計された制御装置の機能の一部又はすべてを実現する半導体集積回路（ＬＳＩ）として実現したり、このような制御装置を含む電力制御装置として実現したりできる。
　本発明により、残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性の３つの性能をすべて適切なバランスで実現するように蓄電池を制御する制御装置を設計できる。
図１は、本発明の実施の形態における蓄電装置のシステム構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態における電力制御装置の機能ブロックを示す図である。 図３は、本発明の実施の形態における制御装置の機能ブロックを示す図である。 図４は、負荷電力と発電装置電力と受電点電力目標値との変化の一例を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態における設計方法によりＨ∞制御器として制御装置を設計する場合に使用する蓄電装置のモデルの構成例を示すブロック図である。 図６は、本発明の実施の形態における制御装置の設計方法の処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、本発明の実施の形態における制御装置の設計方法の処理の流れを示すフローチャートである。 図８は、本発明の実施の形態における蓄電装置のモデルが有するパラメータの例である。 図９は、本発明の実施の形態における制御装置の状態空間方程式の例である。 図１０は、本発明の実施の形態における制御装置の設計方法により設計したＨ∞制御器のゲイン線図である。 図１１は、本発明の実施の形態における設計方法により設計した制御装置による制御のシミュレーション結果（Ｗ３の効果）を示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態における設計方法により設計した制御装置による制御のシミュレーション結果（Ｗ３の副作用）を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態における設計方法により設計した制御装置による制御のシミュレーション結果（Ｗ４の効果）を示す図である。 図１４は、従来の蓄電池の制御装置の構成を示すブロック図である。
　（本発明の基礎となった知見）
　本発明者は、「背景技術」の欄において記載した制御装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
　エネルギーマネジメントシステムにおける蓄電池は、停電などの非常時のバックアップ用電源として用いられる。また、当該蓄電池は、日中に太陽電池の余剰電力を貯めることで夜間に電力を供給する電源として用いられる。
　近年、蓄電池と、ガスエンジンあるいは燃料電池等の発電装置とを組み合わせるシステムが提案されている。このシステムでは、発電装置だけでは賄えない急激に変動する負荷の電力需要に対して、比較的応答速度の速い蓄電池が補助的に電力を供給することで、系全体の電力需給のバランスを安定化できる。
　しかし、蓄電池には、充電または放電ができる電力量に限りがある。そこで、蓄電量の計画値と実際の蓄電量の値との偏差をフィードバックすることにより、蓄電池の動作を制御するための制御装置を備えた蓄電装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２）。
　図１４は、特許文献２に記載された、本発明の関連技術に係る蓄電装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。
　図１４において、制御装置９００は蓄電量偏差推定部９０１と補正量算出部９０２と蓄電値出力指令部９０３とで構成される。制御装置９００は蓄電値出力計画値と計画蓄電量と実蓄電量の３つのパラメータを入力とし、蓄電値が出力すべき指令値を出力とする。制御装置９００は、計画蓄電量と実蓄電量との偏差を蓄電量偏差推定部９０１で算出する。次に、その偏差を単位時間で割った補正量を補正量算出部９０２で算出する。次に、この補正量を蓄電値出力指令部９０３において蓄電装置出力計画値と加算することで蓄電値の出力値を算出する。
　このように、制御装置９００は蓄電量の計画値と実際値の偏差をフィードバックして蓄電池の動作を制御するＰＩ制御と呼ばれる制御手法で構成される。ここで、ＰＩ制御とは古典制御手法のうち、比例動作（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ａｃｔｉｏｎ）と積分動作（Ｉｎｔｅｇｒａｌ　Ａｃｔｉｏｎ）とを用いた制御方式のことである。以後、蓄電量の計画値と実際値との偏差がより短時間により小さくなるように蓄電池の充電及び放電を制御する性能を、目標値追従性と呼ぶ。
　しかしながら、ＰＩ制御を用いた関連技術に係る制御装置では、目標値追従性と、蓄電池の長寿命化とを両立することが難しいという課題がある。
　蓄電池の容量の大きな変動は蓄電池の劣化を進めることが知られており、蓄電池の容量の変動を抑制する性能（以後、残容量変動抑制性と呼ぶ）は蓄電池の長寿命化の観点から重要である。すなわち、制御装置の残容量変動抑制性が高いほど、蓄電装置が備える蓄電池の寿命は延びるという関係がある。
　また、電力需給バランスの性能は３０分同時同量により評価される。３０分同時同量は、３０分ごとの受電点の電力目標値と実際の受電点の電力値との差分と、契約電力量との比で表わされる。各需要家は、例えば、その値が常に±３％以内になることが電気事業者との間の取り決めにより求められる。したがって、３０分同時同量を０に近づけるために、受電点の電力目標値に対する目標値追従性をより向上させることが、制御装置にとって重要となる。
　そのため、蓄電池の容量の変動を抑制しつつ同時同量を悪化させないようにするには、残容量変動抑制性と目標値追従性との２つの性能を同時に適切なバランスで達成させる必要がある。
　しかしながら、この２つの性能はトレードオフの関係にある。一般に、目標値追従性を向上させるためには、頻繁に蓄電池の充放電を繰り返すことが必要となるためである。したがって、ＰＩ制御により残容量変動抑制性と目標値追従性との２つの特性を同時に達成させるためには、ＰＩ制御の複数の制御パラメータの値を試行錯誤的な作業によって決定する必要がある。こうした試行錯誤的な作業により制御装置を設計するためには、制御装置の設計時に膨大な量のシミュレーションを必要とするために、その設計は容易ではない。
　また上記課題に加え、シミュレーション上での制御系の想定モデル（ノミナルモデルと呼ぶ）と実機における物理特性との間には、線形近似や経年劣化などの理由で必ず何らかの誤差がある。したがって、制御装置には、この誤差（モデル化誤差と呼ぶ）に対しても制御の安定性を失わない性能も求められる。以後、この性能をロバスト性と呼ぶ。
　一般に、目標値追従性を向上させようとすると、モデルと実機との誤差が制御結果に与える影響も大きくなる。その結果、ロバスト性が低下してしまう。したがって、ＰＩ制御方式では先に述べた残容量変動抑制性と目標値追従性とを両立させるという課題と同様の理由により、ロバスト性と目標値追従性との２つの性能を同時に適切なバランスで達成させる設計は容易ではない。
　本発明は、従来の課題を解決するもので、残容量変動抑制性、目標値追従性、及び、ロバスト性の３つの性能をすべて適切なバランスで実現するように蓄電池を制御する制御装置を設計可能な、制御装置の設計方法を提供することを目的とする。
　このような問題を解決するため、本発明の一態様に係る制御装置の設計方法は、蓄電池の蓄電量が制御目標値に適合するように、前記蓄電池が充電または放電すべき電力である出力値を制御するインバータへ充電または放電を指示するための出力指令値を出力する制御装置の設計方法であって、第１の制御量の判断に用いられる第１の閾値、第２の制御量の判断に用いられる第２の閾値、及び第３の制御量の判断に用いられる第３の閾値を決定する閾値決定ステップと、前記第１の制御量を算出するための第１の重み関数と、前記第２の制御量を算出するための第２の重み関数と、前記第３の制御量を算出するための第３の重み関数とを設定する重み関数設定ステップと、前記制御目標値と前記出力値との差分、及び前記出力値の積分値を入力とし、前記出力指令値を出力とする前記制御装置の伝達関数を決定する伝達関数決定ステップとを含み、前記伝達関数決定ステップにおいては、前記制御目標値と前記出力値との差分に前記第１の重み関数を乗じて得られる前記第１の制御量が前記第１の閾値よりも小さくなり、前記出力値に前記第２の重み関数を乗じて得られる前記第２の制御量が前記第２の閾値よりも小さくなり、かつ、前記出力値の積分値に前記第３の重み関数を乗じて得られる前記第３の制御量が前記第３の閾値よりも小さくなるように、Ｈ∞制御理論によって前記伝達関数を決定する。
　この構成によると、制御装置の設計段階において、第１の重み関数を設定することにより目標値追従性を調整できる。また、第２の重み関数を設定することによりロバスト性を調整できる。また、第３の重み関数を設定することにより残容量変動抑制性を調整できる。すなわち、設計時において、適切なバランスを実現させたい３つの性能にそれぞれ対応する重み関数を個別に設定することが可能となる。また、例えばシミュレーションにより、設定した重み関数のもとで算出されたＨ∞制御理論に基づく制御装置が有する残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性のバランスを簡単に確認することができる。したがって、残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性の３つの性能をすべて適切なバランスで実現するように蓄電池を制御する制御装置を設計することができる。
　また、前記閾値決定ステップにおいて、さらに、第４の閾値を決定し、前記重み関数設定ステップにおいて、さらに、前記出力指令値に乗じることにより第４の制御量を算出するための第４の重み関数を設定し、前記伝達関数決定ステップにおいて、さらに、前記第４の制御量が前記第４の閾値よりも小さくなるように前記伝達関数をＨ∞制御理論によって決定するとしてもよい。
　これによると、第４の重み関数を設定することにより、より精度よくロバスト性を調整することができる。したがって、より詳細に残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性のバランスを調整することができる。
　本発明の一態様に係る制御装置は、先に述べた制御装置の設計方法によって決定された前記伝達関数を状態空間として表現するための係数行列を記憶している行列記憶部と、前記状態空間における内部状態を表すベクトルを記憶するための状態記憶部と、前記制御目標値と前記蓄電池の前記出力値との差分、前記蓄電池の前記出力値の積分値、前記状態記憶部に記憶された内部状態、及び前記係数行列に基づいて前記出力指令値を算出する演算部とを備える。
　この構成によると、制御装置は、蓄電池の残容量変動抑制性を向上させる重み関数を考慮したＨ∞制御を行うことにより、残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性の３つの性能をすべて適切なバランスで実現することができる。
　具体的には、前記演算部は、前記行列記憶部に記憶されている第１の係数行列と、ある時点ｎにおける内部状態を表すベクトルとを乗算して第１の乗算結果を算出し、前記行列記憶部に記憶されている第２の係数行列と、ある時点ｎにおいて制御装置が取得した（１）前記制御目標値と前記蓄電池の前記出力値との差分、及び（２）前記蓄電池の前記出力値の積分値を要素とするベクトルとを乗算して第２の乗算結果を算出し、前記第１及び第２の乗算結果を加算することにより、ｎ＋１の時点における内部状態を表すベクトルを算出し、前記ｎ＋１の時点における内部状態を表すベクトルと、前記行列記憶部に記憶されている第３の係数行列とを乗算することにより、前記出力指令値を算出するとしてもよい。
　これによると、演算部は、制御装置の行列記憶部に記憶されている係数行列に基づいて、ある時点における内部状態から、次の時点における出力指令値を具体的に算出することができる。この出力指令値に従ってインバータに蓄電池の充放電をさせることにより、残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性の３つの性能をすべて適切なバランスで実現することができる。
　本発明の一態様に係る電力制御装置は、先に述べた制御装置と、前記蓄電池の前記出力値が、前記制御装置から出力される前記出力指令値に対応する電力と一致するように前記蓄電池に充放電させるインバータと、前記蓄電池の前記出力値を積分する積分器とを備え、前記制御装置は、前記制御目標値と前記蓄電池の前記出力値との差分、及び前記積分器によって積分された前記蓄電池の前記出力値の積分値が入力されると、前記出力指令値を前記インバータへ出力する。
　この構成によると、電力制御装置は、蓄電池の残容量変動抑制性を向上させる重み関数を含んだＨ∞制御に従い、インバータの充放電を制御することができる。したがって、残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性の３つの性能がすべて適切なバランスで実現された電力制御装置を実現することができる。
　なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　まず、図１を用いて本発明の実施の形態における蓄電装置の構成の一例を説明する。
　図１は、本発明の実施の形態における蓄電装置のシステム構成を示す図である。図１に示されるように、本発明の実施の形態における蓄電装置２００は、受電点電力目標値と、発電装置２０２により発電される電力と、負荷装置２０４により消費される電力とを取得し、分電盤／配電盤２０６へ電力を出力する。
　ここで、受電点電力目標値とは、需要家側から系統側へ向かう電力（いわゆる逆潮電力）と、系統側から需要家側へ向かう電力とが、受電点２０８においてバランスすべき目標値である。受電点電力目標値は、需要家と電力事業者との間で事前に定められている。また、発電装置２０２とは、例えば太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池コージェネレーションシステム等の発電装置である。また、負荷装置２０４とは、テレビジョン、エアコンディショナー、電気自動車の充電装置等の電力を消費する装置全般である。
　蓄電装置２００は、電力制御装置１９０と、蓄電池１９９とを備える。
　電力制御装置１９０は、制御装置１００と、インバータ１９１とを有する。
　蓄電池１９９は、例えばリチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム－硫黄電池、ニッカド電池等、任意の種類の蓄電池である。
　以下、蓄電装置２００について、より詳細に述べる。
　図１において、蓄電装置２００は蓄電池１９９と、蓄電池１９９の直流電流を交流に変換したうえで蓄電装置２００が出力する電力を所望の値に制御するための電力制御装置１９０で構成される。また、蓄電装置２００は、負荷装置２０４及び発電装置２０２と共に、単一の分電盤又は配電盤である分電盤／配電盤２０６に接続されている。すなわち、蓄電装置２００は、蓄電装置２００の充放電電力、発電装置２０２の発電電力、及び負荷装置２０４の消費電力を収集する。
　蓄電装置２００には、蓄電装置２００の外部より、例えばユーザによる操作によって受電点電力目標値が設定される。受電点とは電気事業者と需要家の境界のことで、上記分電盤又は配電盤が配電網と接続される箇所を指す。また受電点電力目標値とは受電点２０８における電力がとるべき値のことである。例えば受電点電力目標値が０の時は、受電点２０８での電気の流れが０になるようにすることである。また、受電点電力目標値が正の時は需要家が電気事業者から買電すること意味する。一方、受電点電力目標値が負の時は需要家が電気事業者へ売電する状態になるようにすることを意味する。
　蓄電装置２００は、実際の受電点電力が受電点電力目標値と同じ値になるよう蓄電装置２００が充放電すべき電力を算出し制御する。具体的には、蓄電装置２００は、発電装置２０２、負荷装置２０４、及び蓄電装置２００それぞれの電力値を収集し、収集した電力値を合算することで受電点電力を算出する。電力制御装置１９０は蓄電池１９９から充放電する電力をインバータ１９１によって調整することで、算出した値が受電点電力目標値と同じ値になるようにフィードバック制御する。
　なお、上記蓄電池１９９はリチウムイオン電池や鉛蓄電池・レドックスフロー電池など二次電池であればその形態を限定しない。上記発電装置２０２は太陽電池・コージェネレーションシステム・燃料電池・ガスタービンなど、発電できる機器であればその形態を限定しない。上記負荷装置２０４は各種家電機器や動力機器など電力を消費する機器であればその形態を限定しない。
　また、負荷装置２０４の消費電力を収集する手段の代わりに、例えば受電点に電力計を設置することにより、受電点電力を直接収集する手段を用いることもできる。また、上記の説明は主に有効電力を想定したものであり、以降の説明でも有効電力のみを対象に説明を行うが、有効電力と無効電力との２つをそれぞれ制御対象とすることもできる。
　次に、蓄電装置が備える電力制御装置１９０の構成を図２に示す。
　図２は、電力制御装置１９０の機能ブロックを示す図である。図２に示されるように、電力制御装置１９０は、制御装置１００と、蓄電池１９９に接続されたインバータ１９１と、積分器１９２と、フィルタ１９３とを有する。
　インバータ１９１は、蓄電池１９９の出力値が、制御装置１００から出力される出力指令値と一致するように蓄電池１９９に充放電させる。ここで、蓄電池１９９の出力値とは、蓄電池１９９により出力される電力であり、正負の値をとりうる。すなわち、出力値が正の場合、蓄電池１９９は放電している。一方、出力値が負の場合、蓄電池１９９は充電している。また、出力指令値とは、制御装置１００が決定した蓄電池１９９の充放電電力である出力値を実際に蓄電池１９９へ充放電させるために、蓄電池１９９の充電及び放電動作を制御するインバータ１９１へ出力される指令値である。
　積分器１９２は、インバータ１９１が蓄電池１９９に充放電させた出力値を時間積分する。
　制御装置１００は、制御目標値と蓄電池１９９の出力値との差分、及び積分器１９２によって積分された出力値の積分値が入力されると、出力指令値をインバータ１９１へ出力する。すなわち、制御装置１００は、インバータ１９１の出力を取得するフィードバックループを有する。
　以下、より詳細に説明する。
　制御装置１００は２つの入力信号と、１つの出力信号をもつ。制御装置１００の入力信号の１つは、以下の式（１）により求められる。
　（負荷装置２０４の消費電力値－発電装置２０２の出力値－受電点電力目標値）×フィルタ１９３の伝達関数－蓄電装置２００の出力値　　・・・式（１）
　制御装置１００は、式（１）により求められる入力信号の値が正の時は、インバータ１９１の出力を正の方向に調整する。逆に、式（１）により求められる入力信号の値が負の時は、出力を負の方向に調整する。ここで、インバータ１９１は蓄電池１９９に接続されており、蓄電池１９９の充放電を所望の値に制御するためのデバイスである。
　上記フィードバックループにより、蓄電装置の出力値は、以下の式（２）による算出値へ近似するように制御される。
　（負荷装置２０４の消費電力値－発電装置２０２の出力値－受電点電力目標値）×フィルタ１９３の伝達関数　・・・式（２）
　ここで、フィルタ１９３とは入力された信号の特定の周波数成分を取り出す信号処理のことである。フィルタ１９３の特性は伝達関数により表わされる。例えばハイパスフィルタ（高域通過濾波器；ＨＰＦ）は低い周波数成分を抑制する伝達関数を用いることで入力信号の高い周波数成分のみを出力することができる。上記の場合では、ハイパスフィルタを用いることで、伝達関数の計算により、以下の式（３）による算出値が、より急激に変化するほどフィルタ１９３の出力はより大きくなり、より遅く変化するほどフィルタ１９３の出力はより小さい値になる。
　（負荷装置の消費電力値－発電装置の出力値－受電点電力目標値）　・・・式（３）
　すなわち、ハイパスフィルタを用いることで、蓄電装置２００は電力の急激な変化を打ち消すノイズ除去を行うことができる。
　また、逆にローパスフィルタ（低域通過濾波器；ＬＰＦ）を用いた場合には、上記の式（３）による算出値がより急激に変化するほどフィルタ１９３の出力はより小さくなり、より遅く変化するほどフィルタ１９３の出力はより大きな値になる。ローパスフィルタを用いることで、蓄電装置２００は系全体の電力需給バランスを実現することができる。
　なお、ハイパスフィルタの性質とローパスフィルタの性質とを組み合わせたバンドパスフィルタ（帯域通過濾波器；ＢＰＦ）や振幅特性が一定のオールパスフィルタ（全域通過濾波器；ＡＰＦ）などを用いるフィルタ１９３の実装も考えられる。
　なお、電力制御装置１９０はフィルタ１９３を備えなくてもよい。ただし、電力制御装置１９０により制御したい電力に多く含まれる周波数帯に対応する適切なフィルタ１９３を備えることで、電力制御装置１９０はより正確な電力の制御が可能となる。
　また制御装置１００の２つ目の入力信号はインバータ１９１を介して出力される蓄電池１９９の出力値を積分器１９２により積分したものである。これは、充放電した電力の積分をとることによって、充放電した電力の総量を算出することに該当する。すなわち、蓄電池１９９の出力値の積分値は、蓄電池１９９の容量の変化量を意味する。
　制御装置１００は蓄電池１９９の容量の変化量を０に近づける方向へ充放電電力を制御することで、蓄電池の容量変化を少なくすることができる。
　次に、図３を参照して、制御装置１００の詳細な構成について説明する。
　図３に示されるように、制御装置１００は、演算部１０２と、行列記憶部１０４と、状態記憶部１０６とを備える。
　行列記憶部１０４は、本発明に係る制御装置の設計方法によって決定された伝達関数を状態空間として表現するための係数行列を記憶している。具体的には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等である。なお、係数行列の決定方法については、後述する。
　状態記憶部１０６は、状態空間における内部状態を表すベクトルを記憶するための記憶部である。具体的には、行列記憶部１０４と同様に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ等である。なお、内部状態の具体例については後述する。
　演算部１０２は、制御装置１００に入力された制御目標値と蓄電池１９９の出力値との差分であるｅ１、蓄電池１９９の出力値の積分値であるｅ２、状態記憶部１０６に記憶された内部状態、及び行列記憶部１０４に記憶されている係数行列に基づいて、出力指令値であるｕを算出する。
　より具体的には、演算部１０２は、行列記憶部１０４に記憶されている第１の係数行列Ａｋとある時点ｎにおける内部状態を表すベクトルとを乗算する。次に、行列記憶部１０４に記憶されている第２の係数行列Ｂｋと、ある時点ｎにおいて制御装置１００が取得したｅ１及びｅ２を要素とするベクトルとを乗算する。次に、この２つの乗算結果を加算することにより、ｎの次の時点（すなわちｎ＋１の時点）における内部状態を表すベクトルを算出する。次に演算部１０２は、行列記憶部１０４に記憶されている第３の係数行列Ｃｋと、ｎ＋１の時点における内部状態を表すベクトルとを乗算することにより、ｎ＋１の時点における出力ｕ［ｎ＋１］を算出する。なお、各係数行列の算出方法については、後述する。
　次に、負荷装置２０４が消費する電力である負荷装置電力、発電装置２０２が発電する電力である発電装置電力、及び受電点電力目標値の変化の一例を図４に示す。
　負荷装置電力は、需要家の需要の変動により、時々刻々と変化する。また発電装置電力は、太陽電池、コージェネレーションシステム、燃料電池、及びガスタービンなどの出力の変動により、時々刻々と変化する。
　また受電点電力目標値は３０分単位での固定値、あるいは単調変化で構成される。ここで受電点電力目標値とは、前述の通り、受電点２０８における電力がとるべき値のことである。より具体的には、エネルギーマネジメントシステムをもつ需要家が電気事業者に対して例えば２４時間後の３０分スロットでどれだけの電力を購入又は販売するかを事前に通告する電力値のことである。
　電力需給バランスを達成させるためには、受電点電力目標値と実際の受電点電力との間の誤差をなるべく小さくする必要がある。この電力需給バランスの性能は、先述した３０分同時同量で表される。同時同量が例えば±３％を超えた場合は、電力会社から購入した補助電力に対して、通常より高い単価の料金が適応されるというペナルティが発生する。そのため、３０分±３％同時同量を可能な限り満たすように、蓄電装置２００は充放電電力を制御する必要がある。そのためには、制御装置１００の目標値追従性がより高い方が好ましい。また、制御装置１００はロバスト性がより高いことが好ましい。さらに、前述の通り、蓄電池１９９の劣化を抑制するため制御装置１００は残容量変動抑制性がより高い方が好ましい。
　そこで、目標値追従性、残容量変動抑制性、及びロバスト性のいずれも従来技術よりも高い次元でバランスさせることが可能な制御装置１００を設計するための設計方法について、以下に述べる。より具体的には、制御装置１００に使用する制御器のモデルとしてＨ∞制御器を使用する。Ｈ∞制御器は、目標値追従性とロバスト性とを両立させることが可能な本発明に係る関連技術である。このＨ∞制御器に、残容量変動抑制性を向上させるための新たな重み関数及び制御量を追加したＨ∞制御器を、本実施の形態に係る制御装置１００として使用する。以下の記載では、制御装置１００の設計方法として、Ｈ∞制御器を実装する際に必要な各種パラメータの決定方法を説明する。
　図５は、本発明の実施の形態における設計方法によりＨ∞制御器としてモデル化された制御装置１００を設計する場合に使用される蓄電装置のモデルの構成例を示すブロック図である。図５に示される、フィルタ１３０、制御装置１３１、制御対象１３２、積分器１３３、及び重み関数の各モデルが有するパラメータを適切に決定することにより、制御装置１００を設計することができる。以下、より詳細に説明する。
　Ｋ（ｓ）は制御装置１３１であるＨ∞制御器の伝達関数である。具体的には、図２に示す電力制御装置１９０が備える制御装置１００に相当する。
　Ｐ（ｓ）は制御対象１３２の伝達関数である。具体的には、図２に示す電力制御装置１９０が備えるインバータ１９１に相当する。
　指令値ｗは、制御目標値である。具体的には、前述の式（３）により算出される値である。より具体的には、指令値ｗは、図２に示す、負荷装置２０４の消費電力値－発電装置２０２の出力値－受電点電力目標値に相当する。
　ｙ１は制御対象１３２の出力である。具体的には、図２に示す蓄電池の出力値に相当する。
　Ｆ（ｓ）はフィルタ１３０の伝達関数である。具体的には、例えばハイパス特性の伝達関数をもつことで指令値の高周波成分のみをＨ∞制御器の目標値入力とする。
　積分器１３３は、制御対象の出力ｙ１を時間積分する積分器である。
　ｙ２は、積分器１３３の出力である。
　Ｈ∞制御器としてモデル化されている制御装置１３１の入力にはｅ１とｅ２とがある。ｅ１として、フィルタ１３０の出力と制御対象１３２の出力ｙ１との差分値が制御装置１３１へ入力されることによって、目標値入力に対するフィードバック構造を実現している。また積分器１３３の出力ｙ２はそのまま入力ｅ２としてＨ∞制御器である制御装置１３１へ入力される。
　また、Ｈ∞制御器に対する入力ｅ１、制御対象の出力ｙ１、時間積分の出力ｙ２、制御対象に対する入力ｕのそれぞれに、重み関数Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４をそれぞれ掛け合わせた値を、それぞれ制御量Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４と定義する。
　重み関数Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４はそれぞれ伝達関数としてあらわされる。それぞれの伝達関数に含まれるゲインを周波数領域で大きくしたり小さくしたりすることで、制御装置１３１の特性を変化させることができる。なお、上記伝達関数に含まれるｓはＬａｐｌａｃｅ変換の変数を表わす。なお、制御量Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４、及び、重み関数Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４の詳細については、後述する。
　次に、Ｈ∞制御器の設計方法を図６及び図７を参照して示す。
　図６は、本発明の実施の形態における制御装置の設計方法の処理の流れを示すフローチャートである。
　前述の通り、制御装置１００はＨ∞制御器としてモデル化される。ここで、Ｈ∞制御理論は、外乱信号やモデル化誤差の影響を抑制する制御系を構築するための制御理論である。具体的には、Ｈ∞ノルムと呼ばれるノルムによって伝達関数を評価し、それが所望の値より小さくなるように伝達関数を決定することにより、目的の性能を達成させる。より具体的には、一般化プラントと呼ばれる汎用的な制御モデルを対象に、外乱信号が入力されてから評価が出力されるまでの伝達関数のＨ∞ノルムを小さくするという設計手順をとる。制御対象の不確定な部分を外乱信号として扱うことで、モデルの不確かさの影響を抑制する制御系となる。
　ここで、想定していたノミナルモデルからの誤差に対しても有効な、安定性を失わない性質をロバスト性（堅牢性）と呼ぶ。制御系設計を行う場合には制御対象のモデルが必要となる。しかしながら、制御対象の厳密なモデルを得ることは困難な場合が多く、得られるモデルと現実の制御対象との間に誤差は避けられない。ロバスト制御は、そのような誤差に対しても安定性を維持するなどの意味で頑健な制御系を設計するための制御系設計手法であり、Ｈ∞制御はそのロバスト性により厳密なモデル化が不要になったことが長所である。
　以上述べたＨ∞制御器設計においては、まず、図５で示した制御モデルをもとに、制御量Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４の仕様を決定する（Ｓ１０２）。制御量Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４の仕様とは、例えば、制御量Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４それぞれの上限に対応する閾値である。また、上限及び下限に対応する閾値を仕様として決定してもよい。
　一般に、制御量Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４はいずれもより０に近い方が好ましい。しかし、実際にＨ∞制御器のゲインを決定する場合に、いずれの制御量も完全に０にすることは困難である。したがって、対象システムである蓄電装置２００の特性から定まる制御装置１００に要求される仕様に応じて、重点的に小さくすべき制御量の閾値をより小さく決定する必要がある。例えば、想定するノイズが高周波数帯域の成分を多く含むとすると、該当する制御量Ｚの閾値は高周波数帯域で重点的に小さくなるものと決めることが考えられる。逆に、想定するノイズが低周波数帯域の成分を多く含むとすると、該当する制御量Ｚの閾値は低周波数帯域で重点的に小さくなるものと決めてもよい。
　次いで、重み関数Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４それぞれの値をその仕様に基づいて設定する（Ｓ１０３）。例えば、Ｚを高周波数帯域で重点的に小さくなるように設定したとすると、Ｗの値は、式（４）として示されるように、高周波数帯域で大きいハイパス特性を有する伝達関数として設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　なお、式（４）において、ａとＴｗとはハイパス特性を決める定数である。
　より具体的には、各重み関数が制御装置１３１の特性に与える影響は、それぞれ以下の通りである。
　重み関数Ｗ１は、追従誤差を抑える効果を有する。そのため、重み関数Ｗ１を適切に設定することにより、制御装置１００の目標値追従性を向上させることができる。例えば、Ｗ１を、１／（０．１ｓ＋１）のように定義した場合、伝達関数に積分要素が含まれるため、特に低周波数領域での目標追従特性を調整できる。また、微分要素として分子にｓを含む項を加えることにより、Ｗ１を、高周波数領域での目標追従特性を調整できるように設計することも可能である。すなわち、対象とするシステムに要求される目標値追従性の仕様に応じて、Ｗ１を定める。
　重み関数Ｗ２は、モデル化誤差の影響を抑える効果を有する。そのため、重み関数Ｗ２を適切に設定することにより、制御装置１００のロバスト性を向上させることができる。例えば、Ｗ２を、０．０００１ｓ／（０．１ｓ＋１）のように定義できる。具体的には、Ｗ１と同様に、対象とするシステムに要求されるロバスト性の仕様に応じて、Ｗ２を定める。
　重み関数Ｗ３は、蓄電池の残容量の変動を抑える効果を有する。そのため、重み関数Ｗ３を適切に設定することにより、制御装置１００の残容量変動抑制性を向上させることができる。例えば、Ｗ３を、０．００１のように定義できる。この場合、すべての周波数領域において制御装置１００の残容量変動抑制性を向上させるためにＷ３を定数としている。ここで、Ｗ３の大きさは、例えば、Ｗ２の分子の係数である０．０００１よりも大きく、Ｗ３の分子の係数である０．０２よりも小さく設定することが好ましい。
　重み関数Ｗ４は、コントローラの出力を抑え飽和を防ぐ効果を有する。そのため、重み関数Ｗ４を適切に設定することにより、制御装置１００の残容量変動抑制性を向上させることができる。例えば、Ｗ４を、０．０２ｓ／（０．１ｓ＋１）のように定義できる。
　最後に、一般化プラントに基づき、Ｈ∞制御問題の解法を適用して、制御装置１３１の伝達関数Ｋ（ｓ）を算出する（Ｓ１０４）。
　例えば、図５に示すモデルを、制御器の伝達関数Ｋ（ｓ）と一般化制御対象Ｔｚｗとを含むＨ∞標準問題の形式に変換した場合における一般化制御対象ＴｚｗのＨ∞ノルムが、｜｜Ｔｚｗ｜｜∞　＜　０．００５となるようなＫ（ｓ）を決定することにより、準最適解の制御装置１００を設計することができる。ここで｜｜Ｔｚｗ｜｜∞は、式（５）で表されるように、伝達関数ＴｚとＴｗの積の全周波数域における最大特異値と定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　なお、式（５）において、σ（・）は最大特異値を示す。
　Ｈ∞制御問題の、より詳細な解法は、非特許文献１に詳しいため省略する。
　なお、本発明に係る制御装置の設計方法において、図５に示される重み関数Ｗ４及び制御量Ｚ４は、必ずしも決定しなくてもよい。制御装置１００によって実現されるロバスト性のうち、モデル化誤差に対するロバスト性は、重み関数Ｗ２及び制御量Ｚ２を決定することにより実現されるためである。ただし、重み関数Ｗ４及び制御量Ｚ４を決定することにより、制御装置１００はコントローラの出力を抑え飽和を防ぐことができる。その結果、よりロバストな制御を行うことができる。
　図７は、制御量Ｚ４、及び、重み関数Ｗ４を使用しない場合における、制御装置の設計方法の処理の手順を示すフローチャートである。
　図７に示されるステップＳ１０２ａ、ステップＳ１０３ａ、及びステップＳ１０４ａの各ステップにおける処理は、制御量Ｚ４及び重み関数Ｗ４に関する処理が含まれていないこと以外は、図６に示される処理と同じである。
　図７を参照して、以上述べたように、本実施の形態に係る制御装置の設計方法は、蓄電池が充放電すべき電力である出力値を制御するインバータへ充放電を指示するための出力指令値を出力する制御装置の設計方法である。具体的には、第１の制御量の判断に用いられる第１の閾値、第２の制御量の判断に用いられる第２の閾値、及び第３の制御量の判断に用いられる第３の閾値を決定する閾値決定ステップ（Ｓ１０２ａ）と、制御目標値と出力値との差分に乗じることにより第１の制御量を算出するための第１の重み関数と、出力値に乗じることにより第２の制御量を算出するための第２の重み関数と、出力値の積分値に乗じることにより第３の制御量を算出するための第３の重み関数とを設定する重み関数設定ステップ（Ｓ１０３ａ）と、制御目標値と出力値との差分、及び出力値の積分値を入力とし、出力指令値を出力とする制御装置の伝達関数を決定する伝達関数決定ステップ（Ｓ１０４ａ）とを含む。
　ここで、伝達関数決定ステップ（Ｓ１０４ａ）においては、制御目標値と出力値との差分に第１の重み関数を乗じて得られる第１の制御量が第１の閾値よりも小さくなり、出力値に第２の重み関数を乗じて得られる第２の制御量が第２の閾値よりも小さくなり、かつ、出力値の積分値に第３の重み関数を乗じて得られる第３の制御量が第３の閾値よりも小さくなるように、Ｈ∞制御理論によって伝達関数を決定する。
　また、再度図６を参照して、閾値決定ステップ（Ｓ１０２）において、さらに、第４の閾値を決定し、重み関数設定ステップ（Ｓ１０３）において、さらに、出力指令値に乗じることにより第４の制御量を算出するための第４の重み関数を設定し、伝達関数決定ステップ（Ｓ１０４）において、さらに、第４の制御量が第４の閾値よりも小さくなるように伝達関数をＨ∞制御理論によって決定してもよい。
　図５に示したＨ∞制御設計のブロック図におけるパラメータを、以上述べた設計方法によって決定した例を図８に示す。
　Ｆ（ｓ）はフィルタの伝達関数である。ここでは、電力制御装置１９０が電力の細かな変動を制御するために適したフィルタとして、時定数が５．０５秒のハイパス特性の伝達関数を有するフィルタを例示している。例えば、発電装置２０２が太陽光発電システムのように出力される電力の変動が激しい発電装置である場合には、こうした特性のフィルタが適している。ここで時定数とは線形時不変系における１次の周波数応答の遮断周波数を決定するパラメータであり、物理的にはシステムのステップ応答が最終値の約６３．２％に達するまでの時間を示す。
　Ｐ（ｓ）はプラントであり、制御対象のモデルを伝達関数で表現する。ここでは、制御対象である蓄電装置２００が備える電力制御装置１９０の出力特性を考慮して、時定数が０．１秒のローパス特性の伝達関数を有するモデルを例示している。このモデルは、立ち上がり時間があるモデルである。
　Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４は重み関数であり、前述の通り、それぞれ各性能を調整するための役割がある。具体的には、例えばＷ１を大きくすると目標値追従性を向上させることができる。また、Ｗ２を大きくすると蓄電池出力の抑制とモデル化誤差に対するロバスト性とを向上させることができる。また、Ｗ３を大きくすると残容量変動抑制性を向上させることができる。また、Ｗ４を大きくすると制御入力の抑制とモデル化誤差に対するロバスト性とを向上させることができる。なお、重み関数も伝達関数で表現されるため、周波数領域での調整が可能である。
　このように、これらの４つの重み関数を上述した役割に従って仕様を満たすよう設定することで、設計時の見通しがよくなる。したがって、制御装置１００が有する残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性の３つの性能を同時に適切なバランスで達成させることが容易になる。
　図８の例では、Ｗ１は高周波での追従性能が向上するように他の重み関数より大きな値でローパス特性を有する伝達関数として表わされる。また、Ｗ２は低周波でのモデル化誤差に対するロバスト性を向上させるためにハイパス特性を有する伝達関数で表わされる。また、Ｗ３はあらゆる周波数に対して一律に蓄電池の残容量の変動を適度に抑制するため定数で表わされる。また、Ｗ４は高周波での制御入力を抑制するためにハイパス特性を有する伝達関数で表わされる。
　以上述べたように制御対象となるシステムの特性に応じて重み関数を定めた後、先述したＨ∞制御器である制御装置１００は連続時間での伝達関数として求められる。こうして求められた伝達関数を、サンプリング周期Ｔｓ＝０．０１［ｓ］で離散時間の伝達関数に変換したのち、状態空間表現に変換したものが図９に示した状態空間方程式である。
　図９を参照して、ここでｘ［ｎ］はステップｎにおける５次元の列ベクトルで表わされる内部状態である。また、ｅ［ｎ］はステップｎにおいてＨ∞制御器に入力されるフィードバック入力であり、具体的には、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 である。
　また、ｕ［ｎ］はステップｎにおける制御装置の出力である。より詳細には、ｅ１は制御目標値と蓄電池１９９による出力値との偏差を表わす入力である。また、ｅ２は蓄電池１９９による出力値の積分値を表わす入力である。また、Ａｋ、Ｂｋ、Ｃｋは状態空間方程式における係数行列である。具体的には、Ａｋ、Ｂｋ、Ｃｋは、先述した非特許文献１等に示される計算により算出される値である。
　なお、本実施の形態に係る制御装置の設計方法によって設計されたＨ∞制御器である制御装置１００についてのゲイン線図を図１０に示す。ゲイン線図は、横軸に対数で周波数をとり、縦軸に入力と出力の振幅比（ゲイン）の対数量［ｄＢ］をとった図である。
　より詳細には、図１０（Ａ）は、入力ｅ１から制御装置１００の出力ｕの間までのゲインを表すゲイン線図である。また、図１０（Ｂ）は、入力ｅ２から制御装置１００の出力ｕの間までのゲインを表すゲイン線図である。なお、図１０（Ａ）と図１０（Ｂ）とで、縦軸のスケールは共通である。
　図１０（Ａ）に示されるように、目標値と出力値との偏差を表わす入力ｅ１から制御装置１００の出力ｕの間までのゲインは、１ｒａｄ／ｓｅｃから１０６ｒａｄ／ｓｅｃの範囲において高い値を示している。一方、図１０（Ｂ）に示されるように、出力の積分値を表わす入力ｅ２から制御装置１００の出力ｕの間までのゲインは、図１０（Ａ）に示される前者のゲインに比べ、全周波数において比較的低い値を示している。このことから、定性的には出力ｕは入力ｅ２よりも入力ｅ１を重視して制御されると言い換えてもよい。
　次に、本実施の形態に係る制御装置の設計方法により設計した制御装置１００を備える電力制御装置１９０（図２の制御構成を参照）において、図４で示した負荷電力、発電装置電力、及び受電点電力目標値が入力された場合における、重み関数Ｗ３の効果をシミュレーションした結果を図１１に示す。
　図１１は、蓄電池１９９の残容量の変化量のシミュレーション結果を示す。図１１において、横軸は時間［秒］を、縦軸は蓄電池の蓄電容量の初期値からの差分［ｋＷｓ］を示す。また、重み関数Ｗ３を０にした時の、残容量の変化量を破線で示し、重み関数Ｗ３を０．００１にした場合の残容量の変化量を実線で示す。
　実線と破線とを比較することにより、重み関数Ｗ３を有するＨ∞制御器により制御された蓄電池の残容量の方が、初期値からの差分が小さい（すなわち、残容量の変化量が小さい）ことが分かる。これは、先述したように、Ｗ３を大きくすることで蓄電池の残容量の変動が小さくなったためである。このことにより、蓄電池の容量の過大な変化が少なくなることによって、蓄電池の劣化を抑える効果があることが分かる。
　一方で、重み関数Ｗ３を導入することによって蓄電池の劣化を抑える効果の副作用として、目標値追従性能は悪化する方向に動くことが考えられる。前述したように、残容量変動抑制性と目標値追従性とはトレードオフの関係にあるためである。そこで、Ｗ３の副作用を評価するため、目標値がはじめは０ｋＷであり、２秒目以降は５ｋＷであるという条件のもとで有効電力の買い入れ量のシミュレーションを行った。
　図１２は、電力制御装置による制御の結果として、電気事業者から需要家が買い入れた有効電力の買い入れ量のシミュレーション結果を示す。図１２において、横軸は時間［秒］を、縦軸は有効電力の買い入れ量［ｋＷ］を示す。また、重み関数Ｗ３を０にした場合の有効電力の買い入れ量を破線で示し、重み関数Ｗ３を０．００１にした場合の有効電力の買い入れ量を実線で示す。
　Ｗ３＝０の場合は、制御装置１００は蓄電池１９９の残容量を考慮せず、制御目標値と出力値との偏差ｅ１だけに対して出力値の最適化を行う。その結果、有効電力の買い入れ量はほぼ一定している。したがって、制御目標値にあわせて出力値の制御が追従できていることが分かる。一方、Ｗ３＝０．００１の場合は、制御装置１００は蓄電池１９９の残容量を考慮する。そのため、有効電力の買い入れ量は多少上下に振れている。
　ここで、３０分よりも小さい５０秒間で同時同量の値（出力の目標値からのかい離平均）を算出すると、Ｗ３＝０の場合には０．５１４９［％］となり、Ｗ３＝０．００１の場合には２．６０７２［％］となる。すなわち、Ｗ３＝０．００１の場合の方が、同時同量値が高い。したがって、制御装置１００の設計に重み関数Ｗ３を導入することにより、制御装置１００の目標値追従性が悪化していることが分かる。しかし、Ｗ３＝０．００１の場合でも５０秒間同時同量が３％以下を達成していることから、３０分同時同量も統計的に３％以下を達成することができると予測される。
　以上のシミュレーション結果から、重み関数Ｗ３を導入した本実施の形態に係る制御装置の設計方法において、目標値追従性は多少下がるが、問題のないレベルで収まることが分かる。
　また、モデル化誤差に対するロバスト性を確認するシミュレーションを行うことにより、重み関数Ｗ４の効果を確認した。シミュレーションの結果を図１３に示す。
　図１３はプラントのモデルＰ（ｓ）＝１／（Ｔｂｓ＋１）へ意図的に変動を加えた場合の追従誤差のシミュレーション結果をプロットした図である。横軸は時間［秒］を、縦軸は追従誤差［Ｗ］を示す。
　シミュレーションにおいては、モデルＰ（ｓ）へ、（ｓ－１）／（ｓ＋１）で表される変動を加えた。この変動は全域通過関数と呼ばれる。変動を加えた結果、モデル化誤差のゲインは全周波数域で一定であり、位相だけが変化する。その結果、図１３に示される通り、Ｗ４＝０．００１の場合と比較して、Ｗ４＝０の場合は追従誤差が非常に大きい。したがって、制御装置１００の設計方法において重み関数Ｗ４を使用することにより、ロバスト性が向上したことがわかる。
　以上のシミュレーション結果から、本発明の実施の形態に係る制御装置の設計方法により、残容量変動抑制性、目標値追従性、及びロバスト性の３つの性能を同時に適切なバランスで達成させる制御装置を設計可能であることが示された。
　なお、本実施の形態に係る制御装置の設計方法を使用する利点は、他にもある。従来のＰＩＤ制御器による制御装置では、ゲインを試行錯誤的に決定するしかない。しかし、Ｈ∞制御器を使用することにより、制御装置の性能と制御量との関連性が明確となる。したがって、制御装置の設計時の見通しがよくなる。設計時の見通しがよくなったことから、制御装置の設計を変更することも容易に実現できる。例えば、３０分同時同量３％の条件を例えば０．３％以下などのより厳しい条件に変更する際には、Ｗ１をより小さく、またＷ３をより大きくするような調整で実現できることが容易にわかる。
　なお、本発明の実施の形態で説明した制御装置の設計方法に含まれる各ステップはコンピュータにより実行することも可能である。また、本発明の実施の形態で説明した制御装置の設計方法により設計された制御装置等は、コンピュータにより実現することも可能である。
　制御装置の設計方法に含まれる各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム、及び、その設計方法により設計された制御装置１００等が行う処理であるプログラムは、コンピュータで読取可能な媒体に記憶されたものが、コンピュータによって読み取られる。すなわち、このプログラムは、コンピュータに、蓄電池の蓄電量が制御目標値に適合するように、前記蓄電池が充電または放電すべき電力である出力値を制御するインバータへ充電または放電を指示するための出力指令値を出力する制御装置の設計方法であって、第１の制御量の判断に用いられる第１の閾値、第２の制御量の判断に用いられる第２の閾値、及び第３の制御量の判断に用いられる第３の閾値を決定する閾値決定ステップと、前記第１の制御量を算出するための第１の重み関数と、前記第２の制御量を算出するための第２の重み関数と、前記第３の制御量を算出するための第３の重み関数とを設定する重み関数設定ステップと、前記制御目標値と前記出力値との差分、及び前記出力値の積分値を入力とし、前記出力指令値を出力とする前記制御装置の伝達関数を決定する伝達関数決定ステップとを含み、前記伝達関数決定ステップにおいては、前記制御目標値と前記出力値との差分に前記第１の重み関数を乗じて得られる前記第１の制御量が前記第１の閾値よりも小さくなり、前記出力値に前記第２の重み関数を乗じて得られる前記第２の制御量が前記第２の閾値よりも小さくなり、かつ、前記出力値の積分値に前記第３の重み関数を乗じて得られる前記第３の制御量が前記第３の閾値よりも小さくなるように、Ｈ∞制御理論によって前記伝達関数を決定する制御装置の設計方法を実行させる。
　コンピュータは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及びハードディスク等を含む。
　ＣＰＵは、読み取られたプログラムを実行する。ＲＯＭは、コンピュータの動作に必要なプログラムやデータを記憶する。ＲＡＭは、プログラム実行時のパラメータなどのデータを記憶する。ハードディスクは、プログラムやデータなどを記憶する。
　さらに、上記の制御装置の設計方法により設計された制御装置１００等を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
　さらにまた、上記の制御装置の設計方法により設計された制御装置１００等を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣカード又は単体のモジュールから構成されているとしてもよい。ＩＣカード又はモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカード又はモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカード又はモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。
　また、本発明は、上記に示す制御装置の設計方法により決定された伝達関数を記憶しているＲＡＭ、ＣＰＵ、ＲＯＭ等を備えた制御装置であるとしてもよい。
　さらに、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ（登録商標））、ＵＳＢメモリ、ＳＤカードなどのメモリカード、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしてもよい。
　また、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
　また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしてもよい。
　また、上記プログラム又は上記デジタル信号を上記記録媒体に記録して移送することにより、又は上記プログラム又は上記デジタル信号を、上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明は、制御装置の設計方法に適用でき、特に蓄電池が充放電すべき電力を制御するインバータへ出力指令値を出力する制御装置の設計方法等に適用できる。
３２　ディスプレイ
３４　コンピュータ
３６　キーボード
３８　マウス
４０　ＣＤ－ＲＯＭ装置
４２　ＣＤ－ＲＯＭ
４４　ＣＰＵ
４６　ＲＯＭ
４８　ＲＡＭ
５０　ハードディスク
５２　通信モデム
５４　バス
１００，１３１，９００　制御装置
１０２　演算部
１０４　行列記憶部
１０６　状態記憶部
１３２　制御対象
１９０　電力制御装置
１９１　インバータ
１３３，１９２　積分器
１３０，１９３　フィルタ
１９９　蓄電池
２００　蓄電装置
２０２　発電装置
２０４　負荷装置
２０６　分電盤／配電盤
２０８　受電点
９０１　蓄電量偏差推定部
９０２　補正量算出部
９０３　蓄電値出力指令部

Claims (7)

  1. 　蓄電池の蓄電量が制御目標値に適合するように、前記蓄電池が充電または放電すべき電力である出力値を制御するインバータへ充電または放電を指示するための出力指令値を出力する制御装置の設計方法であって、
    　第１の制御量の判断に用いられる第１の閾値、第２の制御量の判断に用いられる第２の閾値、及び第３の制御量の判断に用いられる第３の閾値を決定する閾値決定ステップと、
    　前記第１の制御量を算出するための第１の重み関数と、前記第２の制御量を算出するための第２の重み関数と、前記第３の制御量を算出するための第３の重み関数とを設定する重み関数設定ステップと、
    　前記制御目標値と前記出力値との差分、及び前記出力値の積分値を入力とし、前記出力指令値を出力とする前記制御装置の伝達関数を決定する伝達関数決定ステップとを含み、
    　前記伝達関数決定ステップにおいては、前記制御目標値と前記出力値との差分に前記第１の重み関数を乗じて得られる前記第１の制御量が前記第１の閾値よりも小さくなり、前記出力値に前記第２の重み関数を乗じて得られる前記第２の制御量が前記第２の閾値よりも小さくなり、かつ、前記出力値の積分値に前記第３の重み関数を乗じて得られる前記第３の制御量が前記第３の閾値よりも小さくなるように、Ｈ∞制御理論によって前記伝達関数を決定する
    　制御装置の設計方法。
  2. 　前記閾値決定ステップにおいて、さらに、第４の閾値を決定し、
    　前記重み関数設定ステップにおいて、さらに、前記出力指令値に乗じることにより第４の制御量を算出するための第４の重み関数を設定し、
    　前記伝達関数決定ステップにおいて、さらに、前記第４の制御量が前記第４の閾値よりも小さくなるように前記伝達関数をＨ∞制御理論によって決定する
    　請求項１に記載の制御装置の設計方法。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の制御装置の設計方法によって決定された前記伝達関数を状態空間として表現するための係数行列を記憶している行列記憶部と、
    　前記状態空間における内部状態を表すベクトルを記憶するための状態記憶部と、
    　前記制御目標値と前記蓄電池の前記出力値との差分、前記蓄電池の前記出力値の積分値、前記状態記憶部に記憶された内部状態、及び前記係数行列に基づいて前記出力指令値を算出する演算部とを備える
    　制御装置。
  4. 　前記演算部は、前記行列記憶部に記憶されている第１の係数行列と、ある時点ｎにおける内部状態を表すベクトルとを乗算して第１の乗算結果を算出し、前記行列記憶部に記憶されている第２の係数行列と、ある時点ｎにおいて制御装置が取得した（１）前記制御目標値と前記蓄電池の前記出力値との差分、及び（２）前記蓄電池の前記出力値の積分値を要素とするベクトルとを乗算して第２の乗算結果を算出し、前記第１及び第２の乗算結果を加算することにより、ｎ＋１の時点における内部状態を表すベクトルを算出し、前記ｎ＋１の時点における内部状態を表すベクトルと、前記行列記憶部に記憶されている第３の係数行列とを乗算することにより、前記出力指令値を算出する
    　請求項３に記載の制御装置。
  5. 　請求項３に記載の制御装置と、
    　前記蓄電池の前記出力値が、前記制御装置から出力される前記出力指令値に対応する電力と一致するように前記蓄電池に充放電させるインバータと、
    　前記蓄電池の前記出力値を積分する積分器とを備え、
    　前記制御装置は、前記制御目標値と前記蓄電池の前記出力値との差分、及び前記積分器によって積分された前記蓄電池の前記出力値の積分値が入力されると、前記出力指令値を前記インバータへ出力する
    　電力制御装置。
  6. 　請求項１又は請求項２に記載の制御装置の設計方法に含まれるステップをコンピュータに実行させる
    　プログラム。
  7. 　請求項６に記載のプログラムを記録した
    　コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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