JP2004072900A - 電力ネットワーク管理システムおよび電力ネットワーク管理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各自然エネルギー発電システム1の制御装置15は、天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節と所定の発電量情報に基づいて該発電予定日の発電量を予測するとともに、該気象情報または現在の季節または該発電予定日の日付または曜日と所定の消費電力量情報に基づいて該発電予定日の負荷14の消費電力量を予測し、電力ネットワーク管理装置3は、予測された発電量および消費電力量に基づいて当該発電予定日の電力ネットワーク2への供給電力量の合計が一定になるように、各自然エネルギー発電システム1の供給電力量を求めることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力ネットワークの安定維持に用いて好適な電力ネットワーク管理システムおよび電力ネットワーク管理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、クリーンで無公害な太陽光エネルギーを用いた太陽電池と、二次電池とを組み合わせた給電システムが利用されている。この給電システムは、昼間に太陽電池からの余剰電力を二次電池に蓄え、太陽電池の発電が実質的に停止してしまう夜間などに、二次電池に蓄えられた電力を放出することにより、太陽電池の出力を補助し、常に安定した電力供給を可能とすることを目的としたものである。そして、太陽電池からの直流電力をインバータにより交流電力に変換して負荷に供給したり、また、電力の余剰分が発生した場合には、余剰分の電力を二次電池へ供給することにより、二次電池の充電を行う。
【0003】
また、上記給電システムでは、太陽光発電電力のうち、二次電池の充電や負荷によって消費できなかった電力を、逆潮流によって既存の商用電力ネットワークに供給している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、太陽電池の発電電力は季節や時間、天候等により大きく変動するので、多数の太陽光発電装置が電力ネットワークに接続されて逆潮流される電力量が増大すると、その分、発電量の変動が拡大し、商用電力ネットワークが不安定になる。このような問題は、太陽光発電以外にも風力発電など、自然エネルギーを利用した発電装置を商用電力ネットワークに多数接続した場合に生じる。
【0005】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の自然エネルギー発電装置(太陽光発電装置,風力発電装置等)の発電電力の供給を受ける電力ネットワークの安定化を図ることができる電力ネットワーク管理システムおよび電力ネットワーク管理方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の電力ネットワーク管理システムは、複数の自然エネルギー発電装置から電力供給を受ける電力ネットワークを管理する電力ネットワーク管理システムであって、季節または気象情報または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する前記自然エネルギー発電装置の発電量情報を記憶する発電量情報記憶手段と、前記自然エネルギー発電装置に接続される負荷について、季節または気象情報または日付または曜日または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する消費電力量情報を記憶する消費電力量情報記憶手段と、前記自然エネルギー発電装置の発電電力の使用の仕方を制御する制御手段と、前記自然エネルギー発電装置毎に、前記電力ネットワークへの供給電力量を制御する管理手段とを備え、前記制御手段は、天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節と前記発電量情報記憶手段の記憶内容に基づいて該発電予定日の発電量を予測するとともに、前記天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節または該発電予定日の日付または曜日と前記消費電力量情報記憶手段の記憶内容に基づいて該発電予定日の前記負荷の消費電力量を予測し、前記管理手段は、前記制御手段の予測内容に基づいて前記発電予定日の前記供給電力量の合計の一定値を算出し、この一定値を維持する前記供給電力量を前記自然エネルギー発電装置毎に求めることを特徴としている。
【0007】
請求項2に記載の電力ネットワーク管理システムにおいては、前記制御手段は、前記自然エネルギー発電装置の実運転結果の発電量に基づいて前記発電量情報記憶手段の該当する発電量情報を補正し、更新することを特徴とする。
【0008】
請求項3に記載の電力ネットワーク管理システムにおいては、前記制御手段は、前記自然エネルギー発電装置の実運転結果による前記負荷の消費電力量に基づいて前記消費電力量情報記憶手段の該当する消費電力量情報を補正し、更新することを特徴とする。
【0009】
請求項4に記載の電力ネットワーク管理システムにおいては、前記制御手段は、前記自然エネルギー発電装置の実運転結果の発電量に基づいて前記発電量の予測値を補正することを特徴とする。
【0010】
請求項5に記載の電力ネットワーク管理システムにおいては、前記制御手段は、前記自然エネルギー発電装置の実運転結果による前記負荷の消費電力量に基づいて前記消費電力量の予測値を補正することを特徴とする。
【0011】
請求項6に記載の電力ネットワーク管理システムにおいては、前記制御手段は、前記負荷の一時的な変化の条件の設定内容に基づいて前記消費電力量の予測値を補正することを特徴とする。
【0012】
上記の課題を解決するために、請求項7に記載の電力ネットワーク管理方法は、複数の自然エネルギー発電装置から電力供給を受ける電力ネットワークを管理する電力ネットワーク管理方法であって、季節または気象情報または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する前記自然エネルギー発電装置の発電量情報が予め設定される過程と、前記自然エネルギー発電装置に接続される負荷について、季節または気象情報または日付または曜日または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する消費電力量情報が予め設定される過程と、天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節と前記発電量情報に基づいて該発電予定日の発電量を予測する過程と、前記天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節または該発電予定日の日付または曜日と前記消費電力量情報に基づいて該発電予定日の前記負荷の消費電力量を予測する過程と、前記予測した発電量および消費電力量に基づいて前記発電予定日の前記自然エネルギー発電装置の前記電力ネットワークへの供給電力量の合計の一定値を算出する過程と、この一定値を維持する前記供給電力量を前記自然エネルギー発電装置毎に求める過程と、この求めた供給電力量に基づいて前記自然エネルギー発電装置の発電電力の使用の仕方を制御する過程と、を含むことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図1は本実施形態による電力ネットワーク管理システムを適用した電力システムの構成を示す図である。この図1に示す電力システムは、複数の自然エネルギー発電システム1と、これら自然エネルギー発電システム1から逆潮流によって電力供給を受ける電力ネットワーク2と、各自然エネルギー発電システム1の電力ネットワーク2への供給電力量(売電量)を制御する電力ネットワーク管理装置3とから構成される。
【0014】
自然エネルギー発電システム1は、太陽電池11と電力変換装置12と二次電池13と負荷14と制御装置15とから構成される。
太陽電池11は、太陽光エネルギーを使用して発電する太陽光発電装置(自然エネルギー発電装置)である。
電力変換装置12は、太陽電池11から供給される直流電力を二次電池13へ充電するとともに、該直流電力を交流電力に変換して、負荷14、又は電力ネットワーク2へ供給する機能と、二次電池13から放電される直流電力を交流電力に変換して、負荷14、又は電力ネットワーク2へ供給する機能を備えるインバータである。
【0015】
二次電池13は、充電と放電を繰返し行うことが可能な蓄電池(電力貯蔵装置)であり、リチウム電池、鉛電池、NAS(ナトリウム−イオウ)電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などが利用可能である。特には、エネルギー効率および充放電効率が高いリチウム電池を用いるのが好ましい。さらには、低コスト等の理由から経済性に優れたマンガン系リチウム電池を用いるのが好ましい。
負荷14は、自然エネルギー発電システム1の特定の給電対象である。
【0016】
制御装置15は、電力ネットワーク管理装置3と通信回線により接続されており、相互にデータを送受する。この制御装置15は、電力変換装置12に指示して、太陽電池11の発電電力の使用の仕方を制御する。具体的には、昼間に太陽電池11からの余剰電力(負荷14で消費しきれない分)を二次電池13に蓄える。そして、太陽電池11の発電が実質的に停止してしまう夜間などに、二次電池13に蓄えられた電力を放出する。また、太陽光発電電力のうち、二次電池13の充電や負荷14によって消費できなかった電力を、逆潮流によって電力ネットワーク2へ供給する。但し、この電力ネットワーク2への電力供給は、電力ネットワーク管理装置3からの売電量の指示に従って行う。
【0017】
制御装置15は、上記太陽電池11の発電電力の使用の仕方を制御する処理を行う制御処理部と、各種情報を記憶する記憶部と、通信回線を介してデータを送受する通信部とを備える。該記憶部は、季節または気象情報または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する太陽電池11の発電量情報を記憶する。例えば、季節(春,夏,秋,冬)ごとの気象情報に対応する太陽電池11の時刻別の発電量情報を記憶している。さらに、該記憶部は、負荷14について、季節または気象情報または日付または曜日または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する消費電力量情報を記憶する。例えば、季節ごとの気象情報に対応する曜日別及び時刻別の負荷14の消費電力量情報を記憶している。
上記発電量情報は、過去の発電実績に基づいて予め設定される。気象情報は、天候(晴れ、曇り、雨、雪等)、気温、湿度、風速など、気象を示すパラメータから構成される。また、上記消費電力量情報は、過去の消費実績や今後の消費予定に基づいて予め設定される。
【0018】
なお、発電量情報について季節ごとに設定することにより、季節ごとの自然環境条件(日照条件や、風の吹き具合等)の違いを反映させることができる。同様に、消費電力量情報についても、季節ごとの負荷条件の違いを反映させることができる。例えば、一宅分の負荷14(家電製品等)を給電対象とする自然エネルギー発電システム1の場合、季節ごとに使用される家電製品等の違いを反映させることができる。
【0019】
また、制御装置15は、通信回線を介して天気予報を提供するサーバ(図示せず)に接続し、翌日の気象情報を取得する。
【0020】
上記図1において、本実施形態の電力ネットワーク管理システムは、各自然エネルギー発電システム1の制御装置15(制御手段,発電量情報記憶手段,消費電力量情報記憶手段に対応)と、電力ネットワーク管理装置3(管理手段に対応)から構成される。
【0021】
次に、図2,図3を参照して、上記図1の電力システムにおける電力ネットワーク管理に係る動作を説明する。図2は図1に示す制御装置15が行う処理の流れを示すフローチャートである。図3は図1に示す電力ネットワーク管理装置3が行う処理の流れを示すフローチャートである。
【0022】
初めに、図2を参照して、制御装置15の電力ネットワーク管理に係る動作を説明する。各自然エネルギー発電システム1の制御装置15は、図2の処理を日毎に実行する。
図2において、先ずステップS11で制御装置15は、通信回線を介して天気予報を提供するサーバから、翌日(発電予定日)の気象情報を取得する。そして、この翌日の気象情報と現在の季節に最も合致する太陽電池11の時刻別発電量情報を、自装置内の記憶部の発電量情報を検索して取得する。さらに、この取得した時刻別発電量情報に基づいて翌日の時刻別の太陽光発電量を予測する。
【0023】
次いで、ステップS12で制御装置15は、翌日の気象情報と現在の季節と翌日の曜日に最も合致する負荷14の時刻別消費電力量情報を、自装置内の記憶部の消費電力量情報を検索して取得する。そして、この取得した時刻別消費電力量情報に基づいて翌日の時刻別の負荷14の消費電力量を予測する。
【0024】
次いで、ステップS13で制御装置15は、ステップS11で求めた時刻別太陽光発電量とステップS12で求めた時刻別消費電力量に基づいて、翌日の太陽光発電の時刻別の余剰電力量を算出する。この算出結果から余剰ありの場合に、制御装置15は、ステップS15の処理を実行し、一方、余剰なしの場合にはステップS16へ進む(ステップS14)。
【0025】
ステップS15で制御装置15は、今夜の深夜電力による二次電池13の予定充電量を、ステップS13で求めた余剰電力量分を翌日の昼間に充電可能なように調節する。
【0026】
ステップS16で制御装置15は、ステップS11で求めた時刻別太陽光発電量(時刻別の予測発電量)とステップS12で求めた負荷14の時刻別消費電力量(時刻別の予測消費電力量)を電力ネットワーク管理装置3へ通知する。
【0027】
次に、図3を参照して、電力ネットワーク管理装置3の動作を説明する。
図3のステップS21において、電力ネットワーク管理装置3は、各自然エネルギー発電システム1の制御装置15から受信した翌日(発電予定日)の時刻別の予測発電量および予測消費電力量に基づいて、翌日の各自然エネルギー発電システム1の売電量の合計(合計売電量)の一定値を算出する。例えば、翌日の12時から16時までの間、電力ネットワーク2への合計売電量を一定に維持することができる値(一定値)を求める。
【0028】
次いで、ステップS22で電力ネットワーク管理装置3は、ステップS21で求めた合計売電量の一定値を維持するように、各自然エネルギー発電システム1の売電量を決定して各制御装置15へ指示する。
【0029】
各自然エネルギー発電システム1の制御装置15は、電力ネットワーク管理装置3から指示された売電量に基づいて翌日の二次電池13の充放電を制御し、該指示された売電量を守るようにする。
これにより、各自然エネルギー発電システム1から電力ネットワーク2へ逆潮流される電力量が一定に保たれるので、電力ネットワーク2を安定維持することができる。
【0030】
なお、自然エネルギー発電システム1の制御装置15は、実運転結果の太陽光発電量と自己の記憶部の発電量情報との間で所定範囲(この所定範囲は0も含む)を超える差分があった場合に、該当する発電量情報を補正して記憶部の記憶内容を更新するようにしてもよい。例えば、差分量の半分を加えたり、あるいは減ずることによって補正する。また、記憶部の負荷14の消費電力量情報についても、同様に補正して更新してもよい。
【0031】
また、制御装置15は、実運転結果の太陽光発電量と自己の記憶部の発電量情報との間で所定範囲(この所定範囲は0も含む)を超える差分があった場合に、翌日の予測発電量を補正するようにしてもよい。例えば、その差の比率を翌日の予測発電量に乗ずることによって補正する。また、負荷14の消費電力量に同様の差分があった場合にも、同じように翌日の予測消費電力量を補正してもよい。
【0032】
また、負荷14に一時的な変化がある場合に、その変化条件(変化対象期間や変化量等)を設定することにより、制御装置15が予測消費電力量に所定比率を乗じて補正するようにしてもよい。例えば、一宅分の負荷14(家電製品等)を給電対象とする自然エネルギー発電システム1の場合に、在宅人数や在宅時間等の在宅状況が一時的に変化すると、その分、負荷14の消費電力量が変化するので、該当期間の間は該補正を行うことで対応する。また、工場の発電システムの場合には、工場の臨時休業等に対して同様に対応することができる。
【0033】
なお、上述した実施形態では、管理対象の発電予定日の一例として翌日を用いて説明したが、これに限定されない。例えば、翌日以降のいずれかの日について図2,図3の処理を行ってもよく、あるいは発電予定日である当日に図2,図3の処理を行ってもよい。
【0034】
また、負荷14の消費電力量については曜日別に扱うようにしたが、日付別に扱うようにしてもよい。また、日付および曜日に関わらず消費電力量一定の場合には、曜日別または日付別のいずれで扱ってもよい。
【0035】
また、上述した実施形態では、太陽電池11(自然エネルギー発電装置)と二次電池12(電力貯蔵装置)で、電力変換装置12と制御装置15を共用したが、個々に設けるようにしてもよい。
【0036】
また、電力ネットワーク管理装置3については、自然エネルギー発電システム1の制御装置15とは別に設けたが、いずれかの自然エネルギー発電システム1の制御装置15が、電力ネットワーク管理装置3の機能を兼ね備えるようにしてもよい。
【0037】
なお、上述した実施形態では、自然エネルギー発電の一例として太陽光発電を挙げて説明したが、風力発電にも同様に適用することができる。また、太陽光発電による自然エネルギー発電システムと風力発電による自然エネルギー発電システムを併設するようにしてもよい。また、自然エネルギー発電システムと、ガスタービン発電等の化石エネルギー発電システムを併設するようにしてもよい。
【0038】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の自然エネルギー発電装置から電力ネットワーク2へ逆潮流される電力量が一定に保たれるので、電力ネットワークの安定化を図ることができる。
【0040】
また、実運転データに基づいて予測用の発電量情報または消費電力量情報が補正されるので、各自然エネルギー発電装置を構成する機器の特性の経年変化等の変化に、自動的に対応することができる。
【0041】
また、実運転データに基づいて発電量の予測値または消費電力量の予測値が補正されるので、より適切な予測値を得て電力ネットワークの安定維持にさらに寄与することができる。
【0042】
また、負荷の一時的変化の変化条件の設定により消費電力量の予測値が補正されるので、ユーザの電力使用環境(生活様式や業務日程等)の変化に自動的に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による電力ネットワーク管理システムを適用した電力システムの構成を示す図である。
【図2】図1に示す制御装置15が行う処理の流れを示すフローチャートである。
【図3】図1に示す電力ネットワーク管理装置3が行う処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…自然エネルギー発電システム、2…電力ネットワーク、3…電力ネットワーク管理装置、11…太陽電池、12…電力変換装置、13…二次電池、14…負荷、15…制御装置
Claims (7)
- 複数の自然エネルギー発電装置から電力供給を受ける電力ネットワークを管理する電力ネットワーク管理システムであって、
季節または気象情報または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する前記自然エネルギー発電装置の発電量情報を記憶する発電量情報記憶手段と、
前記自然エネルギー発電装置に接続される負荷について、季節または気象情報または日付または曜日または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する消費電力量情報を記憶する消費電力量情報記憶手段と、
前記自然エネルギー発電装置の発電電力の使用の仕方を制御する制御手段と、
前記自然エネルギー発電装置毎に、前記電力ネットワークへの供給電力量を制御する管理手段とを備え、
前記制御手段は、天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節と前記発電量情報記憶手段の記憶内容に基づいて該発電予定日の発電量を予測するとともに、前記天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節または該発電予定日の日付または曜日と前記消費電力量情報記憶手段の記憶内容に基づいて該発電予定日の前記負荷の消費電力量を予測し、
前記管理手段は、前記制御手段の予測内容に基づいて前記発電予定日の前記供給電力量の合計の一定値を算出し、この一定値を維持する前記供給電力量を前記自然エネルギー発電装置毎に求める
ことを特徴とする電力ネットワーク管理システム。 - 前記制御手段は、前記自然エネルギー発電装置の実運転結果の発電量に基づいて前記発電量情報記憶手段の該当する発電量情報を補正し、更新することを特徴とする請求項1に記載の電力ネットワーク管理システム。
- 前記制御手段は、前記自然エネルギー発電装置の実運転結果による前記負荷の消費電力量に基づいて前記消費電力量情報記憶手段の該当する消費電力量情報を補正し、更新することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力ネットワーク管理システム。
- 前記制御手段は、前記自然エネルギー発電装置の実運転結果の発電量に基づいて前記発電量の予測値を補正することを特徴とする請求項1に記載の電力ネットワーク管理システム。
- 前記制御手段は、前記自然エネルギー発電装置の実運転結果による前記負荷の消費電力量に基づいて前記消費電力量の予測値を補正することを特徴とする請求項1または請求項4に記載の電力ネットワーク管理システム。
- 前記制御手段は、前記負荷の一時的な変化の条件の設定内容に基づいて前記消費電力量の予測値を補正することを特徴とする請求項1に記載の電力ネットワーク管理システム。
- 複数の自然エネルギー発電装置から電力供給を受ける電力ネットワークを管理する電力ネットワーク管理方法であって、
季節または気象情報または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する前記自然エネルギー発電装置の発電量情報が予め設定される過程と、
前記自然エネルギー発電装置に接続される負荷について、季節または気象情報または日付または曜日または時刻のうち、いずれかもしくは複数の条件に対応する消費電力量情報が予め設定される過程と、
天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節と前記発電量情報に基づいて該発電予定日の発電量を予測する過程と、
前記天気予報による発電予定日の気象情報または現在の季節または該発電予定日の日付または曜日と前記消費電力量情報に基づいて該発電予定日の前記負荷の消費電力量を予測する過程と、
前記予測した発電量および消費電力量に基づいて前記発電予定日の前記自然エネルギー発電装置の前記電力ネットワークへの供給電力量の合計の一定値を算出する過程と、
この一定値を維持する前記供給電力量を前記自然エネルギー発電装置毎に求める過程と、
この求めた供給電力量に基づいて前記自然エネルギー発電装置の発電電力の使用の仕方を制御する過程と、
を含むことを特徴とする電力ネットワーク管理方法。
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