CN102598454A - 控制装置和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种智能控制器(102)从EMS(70)接收以费率信息的形式的控制信息，该费率信息表示依照来自电力系统(60)的电力供给以及来自用户群的电力需求所确定的电价。此外，基于电价与在运行模式与费率阈值之间的预定对应关系中的费率阈值的比较，智能控制器(102)以这样的方式确定可充电的蓄电池(108)的运行模式，即，当电价高时将其设置为放电的运行模式以及当电价低时设置为充电的运行模式。此外，智能控制器(102)控制可充电的蓄电池(108)以使其可以依照如此确定的运行模式来充电或者放电。

Description

控制装置和控制方法
技术领域
本发明涉及控制装置，其设在包括直流电源、负荷以及能够存储来自直流电源的电力的蓄电池的电力用户处并控制蓄电池和蓄热器，以及该控制装置中的控制方法。
背景技术
近年来，考虑到环境负荷的减少，已提供在电力用户的住宅等中设有直流电源(例如太阳能电池)的系统，住宅中的装置所需的电力由直流电源产生的电力来供给，住宅中的蓄电池由剩余电力来充电(例如，参见专利文献1)，并且蓄电池被适当地放电以将电力反馈回电力系统，由此逐渐普及这种系统(电力销售)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：公开号为2007-288932的日本专利申请
发明内容
然而，上述常规的技术没有考虑用户群的电力需求以及来自电力系统的电力供给。这产生了这样的问题，即使来自电力系统的电力供给超过用户群的电力需求，功率仍从用户的蓄电池反馈回电力系统。
因此，鉴于上述问题实现了本发明，本发明的目的是提供控制装置和控制方法，通过它们能够在考虑电力的供给和需求的情况下进行适当的蓄电池控制。
为了解决以上问题，本发明具有以下特征。本发明的第一特征概括为一种控制装置(智能控制器102)，其设在具有直流电源(太阳能电池106)、负荷(照明装置110、空调装置112)以及能够存储来自所述直流电源的电力的蓄电池(蓄电池108)的电力用户(智能住宅10)处并控制所述蓄电池，所述控制装置包括：接收单元(接收处理单元162)，配置为接收费用信息，所述费用信息表示根据电力的供给和需求所设置的电价；以及蓄电池控制单元(蓄电池控制单元164)，配置为基于所述接收单元中所接收的所述费用信息来控制所述用户的所述蓄电池的充电和放电。
考虑到电价是根据电力的供给和需求来设置的这一事实，如上所述的控制装置基于表示电价的费用信息来控制设在用户处的蓄电池的充电和放电。这使得在考虑电力的供给和需求的情况下能够进行适当的蓄电池控制。
本发明的第二特征概括为，当所述费用信息所表示的所述电价低于第一基准值时，所述蓄电池控制单元控制所述蓄电池由来自电力系统的电力充电。
本发明的第三特征概括为，所述控制装置包括：蓄热器(蓄热装置114)，将电力转换为热量，其中当所述费用信息所表示的所述电价低于第二基准值时，所述蓄电池控制单元进行控制将来自电力系统的电力供给到所述蓄热器。
本发明的第四特征概括为，当所述费用信息所表示的所述电价高于第三基准值时，所述蓄电池控制单元控制所述蓄电池放电。
本发明的第五特征概括为，当所述费用信息所表示的所述电价高于第四基准值时，所述蓄电池控制单元进行控制将来自所述蓄电池的电力反馈到电力系统。
本发明的第六特征概括为，所述蓄电池的运行模式与所述电价的阈值关联，以及所述蓄电池控制单元基于所述费用信息所表示的所述电价以及所述电价的所述阈值来选择所述运行模式。
本发明的第七特征概括为，当所选择的运行模式是所述蓄电池放电的运行模式以及在满足所述蓄电池的剩余电量等于或小于预定值、预测到所述直流电源的发电量减少以及预测到所述负荷的所述电力消耗增加中的至少一个条件的情况时，所述蓄电池控制单元控制所述蓄电池停止放电。
本发明的第八特征概括为，所述费用信息表示预定电价和当前电价中的至少一种。
本发明的第九特征概括为，所述接收单元以第一周期接收表示所述预定电价的费用信息，以及以比所述第一周期短的第二周期接收表示所述当前电价的费用信息。
本发明的第十特征概括为，所述蓄电池的运行模式与所述电价的阈值关联，以及当所述接收单元以所述第二周期接收表示所述当前电价的费用信息时，所述蓄电池控制单元基于所述当前电价和所述电价的所述阈值来选择所述运行模式。
本发明的第十一特征概括为一种在控制装置中使用的控制方法，所述控制装置设在具有直流电源、负荷以及能够存储来自所述直流电源的电力的蓄电池的电力用户处并控制所述蓄电池，所述控制方法包括以下步骤：所述控制装置接收表示根据电力的供给和需求所设置的电价的费用信息；以及所述控制装置基于所接收的所述费用信息控制所述用户的所述蓄电池的充电和放电。
根据本发明的，有可能在考虑到电力的供给和需求的情况下进行适当的蓄电池控制。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的电力系统的配置图；
图2是根据本发明的实施方式的智能控制器的配置图；
图3是示出根据本发明的实施方式的运行模式与费用阈值之间的对应关系的视图；
图4是示出根据本发明的实施方式的随时间变化的电价的视图；
图5是示出根据本发明的实施方式的智能控制器的操作的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。具体地，本发明的实施方式将相继描述以下内容：(1)电力系统的配置，(2)智能控制器的操作，(3)作用和效果以及(4)其它实施方式。在阐述以下实施方式的全部附图中，相同或相似的参考标号被用于指示相同或相似的元件。
(1)电力系统的配置
图1是根据本发明的实施方式的电力系统1的配置图。图1中示出的电力系统1是采用所谓的智能电网的系统。
如图1所示，电力系统1包括充当电力用户的智能住宅10、充当电力供给者的发电机50、用于控制电力系统1的全部电力的能源管理系统(EMS)70、智能住宅10与发电机50之间的电力系统60、以及充当智能住宅10与EMS 70之间的通信路径的因特网80。另外，在电力系统60的控制下存在多个智能住宅10，并且这些智能住宅10形成电力用户群。
在电力系统1中，发电机50将电力通过电力系统60发送至智能住宅10，并且在智能住宅10中使用电力。此外，在一些情况下，电力从智能住宅10反馈至电力系统60。
此外，在电力系统1中，将要在智能住宅10中使用的电量被测量并且作为测量数据通过因特网80发送至EMS 70。
EMS 70基于来自电力系统60的电力供给和基于测量数据的用户群体的电力需求决定电价。这里，当从电力系统60能够供给用户群的电量中减去用户群将要使用的电量所获得的值(供求差)较大时，EMS70降低电价。当供求差较小时，EMS 70增加电价。具体地，EMS 70可决定两种类型的电价，即，基于过去的供求差根据时间带所确定的电价TOU(Time of Use，使用时间)和基于实时供求差设置的电价RTP(Real Time Pricing，实时定价)。
另外，EMS 70通过因特网80向智能住宅10发送控制信息，该控制信息包括表示所决定的电价的费用信息。具体地，EMS 70例如以24小时的周期在应用TOU的时间带之前的预定时间(例如，一天前)发送TOU。EMS 70以比TOU的发送周期短的周期(例如，10分钟周期)发送RTP。
智能住宅10包括：充当控制装置的智能控制器102、智能电表103、混合功率调节器(混合PCS)104、充当直流电源的太阳能电池106、蓄电池108、远程控制传感器单元109、充当负荷的照明装置110和空调装置112、以及充当蓄热器的蓄热装置114。
智能控制器102通过有线线路或者充当无线线路的广域通信线路90连接到因特网80。此外，智能控制器102通过有线线路或者充当无线线路的室内通信线路160连接到智能电表103、混合PCS 104以及远程控制传感器单元109。稍后将描述智能控制器102的配置和操作。
智能电表103连接到电力系统60并且连接到室内配电线150。智能电表103检测电力系统60所供给的用于照明装置110、空调装置112以及蓄热装置114的操作或者用于对蓄电池108充电的电量，并且智能电表103通过因特网80将所检测的电量作为测量数据发送到EMS70。
混合PCS 104连接到室内配电线150并且连接到太阳能电池106和蓄电池108。在智能控制器102的控制下，混合PCS 104将太阳能电池106产生的直流电力输送到室内配电线150或者存储在蓄电池108中。此外，在智能控制器102的控制下，混合PCS 104将因蓄电池108放电而产生的直流电力转换为交流电力，并且将该交流电力输送到室内配电线150。输送到室内配电线150的交流电力被适当地用于照明装置110、空调装置112以及蓄热装置114，或者反馈回电力系统60。此外，在智能控制器102的控制下，混合PCS 104将来自电力系统60的交流电力转换为直流电力，并且将该直流电力存储在蓄电池108中。
照明装置110、空调装置112以及蓄热装置114均连接到室内配电线150并且连接到室内通信线路160。在智能控制器102的控制下，照明装置110、空调装置112以及蓄热装置114均通过来自室内配电线150的交流电力而运行。蓄热装置114例如为热泵。
图2是智能控制器102的配置图。如图2所示，智能控制器102包括控制单元152、存储单元153以及通信单元154。
控制单元152例如为CPU，并且控制智能住宅10中的每一个元件。存储单元153例如通过存储装置来配置，并且存储用于对智能住宅10的每一个元件进行控制等的各种信息。通信单元154通过广域通信线路90和因特网80从EMS 70接收控制信息。此外，通信单元154通过室内通信线路160与智能电表103、混合PCS 104以及远程控制传感器单元109进行通信。
控制单元152包括接收处理单元162以及蓄电池控制单元164。接收处理单元162接收通信单元154所接收的控制信息。此外，接收处理单元162提取控制信息中所包含的费用信息。
蓄电池控制单元164将所提取的费用信息表示的电价与预定电价的阈值(费用阈值)进行比较，由此决定蓄电池108的运行模式。这里，运行模式与蓄电池108的充电和放电关联。也就是说，蓄电池108根据设定的运行模式进行充电或者放电。
如上所述，存在两种类型的由费用信息所表示的电价(TOU和RTP)，而且RTP具有比TOU的发送周期短的发送周期，并且RTP与实时供求情况对应。因此，在能够以预定发送周期获得RTP的期间，蓄电池控制单元164将RTP与费用阈值进行比较以决定运行模式。在由于通信故障而导致不能以预定发送周期获得RTP的期间，蓄电池控制单元164将RTP与费用阈值进行比较以决定运行模式。
图3是示出运行模式与费用阈值之间的对应关系的视图。根据运行模式与费用阈值之间的对应关系，对应于充电运行模式的费用阈值较低，而对应于放电运行模式的费用阈值较高。在图3中，当费用阈值具有较高的数值时，费用阈值较高。此外，在图3中，运行模式1和运行模式2是蓄电池108被充电的运行模式，而运行模式3和运行模式4是蓄电池108被放电的运行模式。
更具体地，在运行模式1中，通过来自电力系统60的电力对蓄电池108充电，并且热量被存储在蓄热装置114中。在运行模式2中，通过来自电力系统60的电力对蓄电池108充电。在运行模式3中，蓄电池108放电并且电力被供给到充当负荷的照明装置110和空调装置112。在运行模式4中，蓄电池108放电并且电力被供给到充当负荷的照明装置110和空调装置112以及电力系统60。
运行模式与费用阈值之间的对应关系被预先确定并且存储在存储单元153中。
蓄电池控制单元164从存储单元153中读取运行模式与费用阈值之间的对应关系。接下来，蓄电池控制单元164指定费用阈值中高于所提取的费用信息所表示的电价并且最接近于所提取的费用信息所表示的电价的费用阈值。
例如，当所提取的费用信息表示的电价处于图3中示出的费用阈值2与费用阈值3之间时，蓄电池控制单元164指定费用阈值3。另外，蓄电池控制单元164指定与所指定的费用阈值对应的运行模式。例如，当图3中已指定费用阈值3时，也指定与费用阈值3对应的运行模式3。
在下文中，将利用以下的情况来描述蓄电池控制单元164的处理，其中以图3中示出的运行模式与费用阈值之间的对应关系以及图4中示出的电价随时间的改变作为示例。
在以预定周期获取RTP的期间，由于最初RTP小于费用阈值1，所以蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式决定为运行模式1。如果在时间t1处RTP等于或大于费用阈值1，则蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式从运行模式1切换为运行模式2。如果在时间t2处RTP等于或大于费用阈值2，则蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式从运行模式2切换为运行模式3。如果在时间t3处RTP等于或大于费用阈值3，则蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式从运行模式3切换为运行模式4。
接下来，在时间t4处，RTP小于费用阈值3，蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式从运行模式4切换为运行模式3。如果在时间t5处RTP小于费用阈值2，则蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式从运行模式3切换为运行模式2。如果在时间t6处RTP小于费用阈值1，则蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式从运行模式2切换为运行模式1。
同时，当没有以预定周期获得RTP而获得TOU时，由于最初TOU小于费用阈值1，所以蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式决定作为运行模式1。如果在时间t11处TOU等于或大于费用阈值1，则蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式从运行模式1切换为运行模式2。接下来，如果在时间t21处TOU小于费用阈值1，则蓄电池控制单元164将蓄电池108的运行模式从运行模式2切换为运行模式1。
以这种方式来决定蓄电池108的运行模式。当被决定的运行模式是蓄电池108被充电的运行模式时(例如，图3中的运行模式1和运行模式2)，蓄电池控制单元164进行以下处理。
也就是说，当所决定的运行模式是运行模式1时，蓄电池控制单元164控制混合PCS 104，以使得来自电力系统60的电力对蓄电池108充电。此外，蓄电池控制单元116控制蓄热装置114，以使得来自电力系统60的电力将热量存储在蓄热装置114中。另外，当所决定的运行模式是运行模式1时，蓄电池控制单元164控制混合PCS 104，以使得来自电力系统60的电力对蓄电池108充电。
同时，当所决定的运行模式是蓄电池108放电的运行模式时(例如，图3中的运行模式3和运行模式4)，蓄电池控制单元164进行以下处理。
也就是说，蓄电池控制单元164通过通信单元154向混合PCS 104请求蓄电池108中的剩余电量。在蓄电池控制单元164请求之后，混合PCS 104检测蓄电池108中的剩余电量并且将剩余电量输出到智能控制器102。蓄电池控制单元164通过通信单元154接收剩余电量。
另外，蓄电池控制单元164获取太阳能电池106的未来发电量的预测信息。例如，在从当前时间到预定时段后的时间段中包含夜间时间带时，蓄电池控制单元164获取表示太阳能电池106的发电量在从当前时间到预定时段后的时间段中会减少的预测信息。另外，蓄电池控制单元164通过通信单元154、广域通信线路90以及因特网80从外部站点接收天气预报信息。此外，当预报在从当前时间到预定时段后的时间段中为雨天或阴天时，蓄电池控制单元164基于天气预报信息，获取表示太阳能电池106的发电量在从当前时间到预定时段后的时间段中会减少的预测信息。
另外，蓄电池控制单元164获取充当负荷的照明装置110和空调装置112的未来电力消耗的预测值。例如，假设在过去的一天中的每一个时间带的统计值均被存储在存储单元153中，其中该统计值为充当负荷的照明装置110和空调装置112的电力消耗的值。接下来，蓄电池控制单元164从存储单元153中读取统计值。此外，蓄电池控制单元164基于所读取的统计值，获取充当负荷的照明装置110和空调装置112在从当前时间到预定时间后的时间段中的电力消耗的预测值。
接下来，在满足蓄电池108的剩余电量等于或小于预定值的第一条件、预测到太阳能电池106的发电量在从当前时间到预定时间后的时间段中减少的第二条件、以及预测到充当负荷的照明装置110和空调装置112的电力消耗在从当前时间到预定时间后的时间段中增加的第三条件中的至少一个条件的情况下，蓄电池控制单元164阻止蓄电池108放电。
同时，当上述第一至第三条件中的任意一个条件都不满足时，蓄电池控制单元164根据蓄电池108放电的运行模式来控制蓄电池108放电。也就是说，当所决定的运行模式是图3中的运行模式3时，蓄电池控制单元164使蓄电池108放电，并且将电力供给到充当负荷的照明装置110和空调装置112。另外，当所决定的运行模式是图3中的运行模式4时，蓄电池控制单元164使蓄电池108放电，并且将电力供给到充当负荷的照明装置110和空调装置112以及电力系统60。
(2)智能控制器的操作
接下来，将描述智能控制器102的操作。图5是示出智能控制器102的操作的时序图。
在步骤S101中，智能控制器102从EMS 70接收包括RTP的控制信息。
在步骤S102中，智能控制器102将RTP和在运行模式与费用阈值之间的预定对应关系中的费用阈值进行比较。
在步骤S103中，智能控制器102基于比较结果决定蓄电池108的运行模式。
在步骤S104中，智能控制器102确定所决定的运行模式是否是蓄电池108放电的运行模式(蓄电池放电模式)。
当所决定的运行模式是蓄电池放电模式时，在步骤S105中，智能控制器102确定蓄电池108的剩余电量是否等于或小于预定值。
当蓄电池108的剩余电量超过预定值时，在步骤S106中，智能控制器102确定是否预测到太阳能电池106的发电量减少。
当没有预测到太阳能电池106的发电量减少时，在步骤S107中，智能控制器102确定是否预测到负荷的电力消耗增加。
当没有预测到负荷的电力消耗增加时，在步骤S108中，智能控制器102根据蓄电池放电模式将蓄电池108放电。同时，当在步骤S105中确定蓄电池108的剩余电量等于或小于预定值时，当在步骤S106中确定太阳能电池106的发电量被预测减少时，以及当在步骤S107中确定负荷的电力消耗被预测增加时，不管是不是蓄电池放电模式，智能控制器102均不会使蓄电池108放电。在这种情况下，在步骤S108中，智能控制器102确定是否对蓄电池108充电。例如，当确定对蓄电池108充电时(例如，当通过使用者的操作指示等选择对蓄电池108充电时)，在步骤S110中，智能控制器102对蓄电池108充电。同时，当确定不对蓄电池108充电时，结束一系列的操作。
另外，当在步骤S104中确定了所决定的运行模式不是蓄电池放电模式时，换句话说，当所决定的运行模式是蓄电池108充电的模式时(蓄电池充电模式)，在步骤S110中，智能控制器102根据蓄电池充电模式对蓄电池108充电。
(3)作用和效果
在根据本发明的实施方式的电力系统1中，太阳能电池106、蓄电池108以及均充当负荷的照明装置110、空调装置112以及蓄热装置114均设在作为电力用户的智能住宅10中，并且智能住宅10中的智能控制器102控制蓄电池108的充电和放电。具体地，智能控制器102从EMS 70接收作为表示根据来自电力系统60的电力供给和用户群的电力需求所设置的电价的费用信息的控制信息。另外，智能控制器102将电价和运行模式与费用阈值之间的预定对应关系中的费用阈值进行比较，由此作出决定，以使得当电价高时蓄电池108的运行模式为蓄电池108放电的运行模式以及当电价低时为蓄电池108充电的运行模式。另外，智能控制器102控制蓄电池108，以在所决定的运行模式下进行充电和放电。
如上所述，考虑到电价是根据来自电力系统60的电力供给和用户群的电力需求而设置的这一事实，智能控制器102作出决定以使得当电价高时蓄电池108的运行模式为蓄电池108放电的运行模式以及当电价低时为蓄电池108充电的运行模式，从而可在考虑电力的供给和需求的情况下进行适当的蓄电池控制。
(4)其它实施方式
如上所述，已通过实施方式描述了本发明。然而，不应该认为，构成公开内容的一部分的说明书和附图限制了本发明。根据该公开内容，各种可选的实施方式、实施例以及适用性技术将对本领域的技术人员明显。
在上述实施方式中，太阳能电池106被用作直流电源。然而，即使在使用其它直流电源的情况下，也能够以同样的方式应用本发明。
此外，在上述实施方式中，仅对为智能住宅10的单个用户进行了描述。然而，本发明还能够应用到多个用户，包括由预定区域等划分的、具有蓄电池的一个或多个用户。
此外，根据上述实施方式的智能控制器102的功能还能够包含在其它装置中，例如，智能电表103。此外，智能控制器102的功能还可以设置在EMS 70中，并且能够应用到使用智能电网技术的各种系统，例如，HEMS(Home Energy Management System，家庭能源管理系统)或者BEMS(Building and Energy Management System，建筑和能源管理系统)。
因此，应该理解，本发明应包括本文中未描述的各种实施方式。因此，本发明的技术范围仅通过在由以上公开的内容合理地得到的权利要求的范围中的本发明的特定技术特征来限定。
日本专利申请第2009-272985号(2009年11月30日提交)的全部内容通过引用并入本说明书。
工业适用性
本发明的控制装置、控制系统以及控制方法能够在考虑电力的供给和需求的情况下进行适当的电池控制，并且作为控制装置等是有用的。

Claims (11)

1.一种控制装置，设在具有直流电源、负荷以及能够存储来自所述直流电源的电力的蓄电池的电力用户处并控制所述蓄电池，所述控制装置包括：
接收单元，配置为接收费用信息，所述费用信息表示根据电力的供给和需求所设置的电价；以及
蓄电池控制单元，配置为基于所述接收单元中所接收的所述费用信息控制所述用户的所述蓄电池的充电和放电。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，当所述费用信息所表示的所述电价低于第一基准值时，所述蓄电池控制单元控制所述蓄电池由来自电力系统的电力充电。
3.根据权利要求1所述的控制装置，所述控制装置包括：蓄热器，将电力转换为热量，其中
当所述费用信息所表示的所述电价低于第二基准值时，所述蓄电池控制单元进行控制将来自电力系统的电力供给到所述蓄热器。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其中，当所述费用信息所表示的所述电价高于第三基准值时，所述蓄电池控制单元控制所述蓄电池放电。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其中，当所述费用信息所表示的所述电价高于第四基准值时，所述蓄电池控制单元进行控制将来自所述蓄电池的电力反馈到电力系统。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述蓄电池的运行模式与所述电价的阈值关联，以及
所述蓄电池控制单元基于所述费用信息所表示的所述电价以及所述电价的所述阈值来选择所述运行模式。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其中，当所选择的运行模式是所述蓄电池放电的运行模式并且在满足所述蓄电池的剩余电量等于或小于预定值、预测到所述直流电源的发电量减少以及预测到所述负荷的所述电力消耗增加中的至少一个条件的情况时，所述蓄电池控制单元控制所述蓄电池停止放电。
8.根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述费用信息表示预定电价和当前电价中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其中，所述接收单元以第一周期接收表示所述预定电价的费用信息，以及以比所述第一周期短的第二周期接收表示所述当前电价的费用信息。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其中，
所述蓄电池的运行模式与所述电价的阈值关联，以及
在所述接收单元以所述第二周期接收表示所述当前电价的费用信息时，所述蓄电池控制单元基于所述当前电价和所述电价的所述阈值来选择所述运行模式。
11.一种在控制装置中使用的控制方法，所述控制装置设在具有直流电源、负荷以及能够存储来自所述直流电源的电力的蓄电池的电力用户处并控制所述蓄电池，所述控制方法包括以下步骤：
所述控制装置接收表示根据电力的供给和需求所设置的电价的费用信息；以及
所述控制装置基于所接收的所述费用信息控制所述用户的所述蓄电池的充电和放电。
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