JP2013132187A - 電気機器の運転制御システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気機器が一斉に応答することを抑制し、発電機が応答できる変化量に抑えることで電力品質の低下を抑制する。
【解決手段】系統管理装置１１は、発電所１２と電力系統１３、及び電力系統１３に連系している需要家１４を管理している。需要家１４は系統管理装置１１と通信線５０によって接続されたエネルギー管理装置１５を備えている。需要家１４は、電力系統１３から電力線１６を引き込み、この電力線１６に電気機器などの負荷２３ａ〜２３ｎを接続して電気を使用する。各負荷は、通信・演算機能を備えた負荷制御装置２４ａ〜２４ｎを有している。負荷制御装置は各負荷の動作を開始させるための時刻を計算する計算部２０４を有する。計算部２０４の出力側に機器制御部２０５を接続し、この機器制御部２０５が前記計算部２０４の計算結果に従って、負荷を所定の時刻に動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、様々な機器や装置、システムを対象とする電気機器の運転制御システム及び方法に関する。
近年、ＣＯ２排出量低減等を目的とし、太陽光発電の導入が進んでいる。この太陽光発電は天気任せであるため出力を制御することができない特徴を持っている。この特徴ゆえ、特に電力需要の少ない春秋の休日に需要よりも発電電力が過剰となる可能性があることが示唆されている。
この場合、電力の需給バランスが崩れ、周波数が上昇してしまい、最終的には周波数リレーが動作して広範囲で停電してしまう可能性がある。この対策として、太陽光発電の出力を抑制したり、余剰分を蓄電池へ充電したりする方法が考えられている。
ほかの対策として、電力系統の運用者の依頼・指令に従って需要家が所有する負荷を運転したりすることによって電力需要を増やす方法が挙げられる。
また逆に、供給可能な電力が少ない状況において、需要が電力の供給能力を上回ってしまった場合、周波数が低下してしまい、最終的に周波数リレーが動作して広範囲で停電してしまう可能性がある。この対策にも、電気機器を停止したりすることによって需要家の需要を減らす方法が挙げられる。
特開２００６−２０３９５９号公報
前記のように電力系統の運用者の依頼・指令に負荷が一斉に応答した場合、電力負荷の瞬間的な変化に発電機の応答が追従できず、周波数変動が発生してしまう。
本発明の実施形態は前記課題を解決するためになされたものであり、電気機器が一斉に応答することを抑制し、発電機が応答できる変化量に抑えることで電力品質の低下を抑制するための電気機器の運転制御システム及び運転方法を提供することを目的とする。
本実施形態の電気機器の運転制御システムは、次の構成を有することを特徴とする。
（１）電力系統に連系した需要家が管理する複数の電気機器と、これらの電気機器の運転を制御する制御装置とを備える。
（２）電力系統からの受電電力の増加または減少を依頼する制御指令に基づいて、前記複数の電気機器の受電電力の増加動作または減少動作の開始時刻がそれぞれの電気機器で異なるように計算する動作時刻の計算部を備える。
（３）前記各電気機器の制御装置が、前記計算部の計算結果である電気機器ごとに異なる動作開始時刻において、受電電力の増加動作または減少動作を実行させる。
また、前記のような運転制御システムによって実現される電気機器の運転方法も、本発明の一態様である。
第１実施形態の全体構成を表すブロック図。 第１実施形態における需要家管理装置と負荷制御装置のブロック図。 従来技術の負荷変動を表すグラフ。 第１実施形態の負荷変動を表すグラフ。 第１実施形態の処理を表すフローチャート。 動作開始時刻の第１の例を説明するグラフ。 動作開始時刻の第２の例を説明するグラフ。 動作開始時刻を第３の例を表すグラフ。 動作時刻の間隔の第１の例を表すグラフ。 動作時刻の間隔の第２の例を表すグラフ。 動作時刻の間隔の第３の例を表すグラフ。 電力制限指令を解除する時の複数の方法を表す図。 第２実施形態の構成を表すブロック図。 第２実施形態における需要家管理装置と負荷制御装置のブロック図。 第２実施形態の処理の一例を表すフローチャート。 第２実施形態の処理の他の例を表すフローチャート。 第３実施形態の構成を表すブロック図。 第３実施形態における系統管理装置と負荷制御装置のブロック図。 第３実施形態の処理を表すフローチャート。 第４実施形態の構成を表すブロック図。 第４実施形態における負荷制御装置のブロック図。 第５実施形態の構成を表すブロック図。 第５実施形態における需要家管理装置と負荷制御装置のブロック図。 第５実施形態の処理の一例を表すグラフ。 第５実施形態の処理の他の例を表すグラフ。 第６実施形態の構成を表すブロック図。 第６実施形態における需要家管理装置、負荷制御装置及び発電装置制御装置のブロック図。 第６実施形態の負荷と発電機出力の一例を表すグラフ。 第６実施形態の負荷と発電機出力の他の例を表すグラフ。 第７実施形態における需要家管理装置と負荷制御装置のブロック図。 第７実施形態における動作時刻を計算する方法を示すグラフ。
１．第１実施形態
（１）構成
図１は本実施形態の全体構成を示すブロック図である。本実施形態において、系統管理装置１１は、１以上の発電所１２と電力系統１３、及び電力系統１３に連系している需要家１４を管理運用している。需要家１４は、系統管理装置１１と通信線５０によって接続されたエネルギー管理装置（図中ＥＭＳと略記する）１５を備えている。
前記系統管理装置１１は管理運用者が操作する制御盤などの機器であってもよいし、制御盤などのコンピュータに組み込まれた管理ソフトウェアであってもよい。需要家１４は、系統管理装置１１によって管理されるものであれば、１つの需要家のみでもよいし、一定範囲の地域、ビル、マンション、工場、複数の需要家のグループなどから構成されるものでもよい。
需要家１４は、電力系統１３から電気を受電するため、電力線１６を引き込み、この電力線１６に電気機器などの負荷２３ａ〜２３ｎを接続して電気を使用する。各負荷２３ａ〜２３ｎは、通信・演算機能を備えた負荷制御装置２４ａ〜２４ｎを有しており、負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは通信線５０を経由して、他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎやエネルギー管理装置１５と接続されている。この負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、負荷２３ａ〜２３ｎに内蔵されるものであっても、別個に設置されるものであってもよい。
図２は、前記エネルギー管理装置１５と負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの構成を示すブロック図である。この図２に示すように、エネルギー管理装置１５は、系統管理装置１１からの指令を受信する受信部１０１と、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに対して制御指令を送信する出力部１０２を備える。なお、このエネルギー管理装置１５としては、受信部１０１と出力部１０２とが一体のものに限定されない。例えば、需要家１４が、電話、ファクシミリ、メールなどの手段で系統管理装置１１からの制御指令を受け付けるような受信部１０１と、需要家１４が各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに設けられた操作パネルなどを利用して、手動で制御指令を入力するような出力部１０２であっても良い。
負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、それぞれエネルギー管理装置１５及び他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎとの間で情報を交換する通信部２０１と、負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに接続された負荷２３ａ〜２３ｎに対する供給電力量を測定する電力計測部２０２を備える。
この電力計測部２０２で計測された電力量は、通信部２０１を介して他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに送信される。前記通信部２０１には、他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎから送信された電力量に基づいて、他の負荷の運転状態を確認する監視部２０３が接続されている。
すなわち、制御指令が各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに入力された場合、その制御装置に接続された各負荷２３ａ〜２３ｎが必ずしも運転中とは、限らない。仮に、停止中であれば、制御指令に基づいてその負荷が使用する電力の増減を行う必要はない。そこで、本実施形態では、各負荷２３ａ〜２３ｎの使用電力量を前記電力計測部２０２で計測することにより、各負荷２３ａ〜２３ｎの運転状態を把握し、これを他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの監視部２０３に送信することで、制御指令の対象となる負荷の数を把握する。
同様に、監視部２０３は、自己の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに制御指令が入力されたか否かを確認すると共に、制御指令が入力されたことを他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに通信部２０１を経由して送信する機能を有する。また、他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎから、他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに制御指令が入力されたとの情報を受信することで、何台の負荷に対して制御指令が入力されたかを確認する機能も有する。
すなわち、需要家が複数の負荷を有する場合、必ずしも全ての負荷に制御指令を入力するとは限らない。需要家は、所定の基準や優先順位に従って、自己の管理する負荷の一部にのみ制御指令を入力することがある。複数の負荷について異なった動作時刻を設定する場合、制御指令が入力された負荷の数に応じて、各負荷の動作時刻が異なることがある。そこで、本実施形態では、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに監視部２０３を設け、他の負荷に制御指令が入力されたか否かを確認することで、動作時刻を設定する負荷の数を確認する。
負荷制御装置２４ａ〜２４ｎには、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作を開始させるための時刻を計算する計算部２０４が設けられている。この計算部２０４には、前記通信部２０１と監視部２０３が接続されている。すなわち、この計算部２０４は、通信部２０１を経由して受信した系統管理装置１１からの制御指令と、監視部２０３から取得した制御指令が入力された負荷の数に基づいて、各負荷の動作時刻を計算する。
この場合、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの計算部２０４がそれぞれ動作時刻の計算を行ってもよいし、予め定めた順番に従っていずれかの負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの計算部２０４が全ての負荷の動作時刻を計算し、その計算結果を他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに送信してもよい。
この計算部２０４の出力側には機器制御部２０５が接続され、この機器制御部２０５が前記計算部２０４の計算結果に従って、負荷２３ａ〜２３ｎを所定の時刻に動作させる。
（２）作用
次に、本実施形態の作用を説明する。
電力系統において電力が余剰となる場合、もしくは、電力系統において電力が不足する場合は、系統管理運用者は系統管理装置１１を使用して、需要家１４に対して、指定された時刻ｔ０において、電力需要の増加もしくは減少を依頼する制御指令を送信する。この制御指令は「何時に対応してほしい」というように前日や数時間前に連絡される場合や、「即座に対応してほしい」というように直前に連絡される場合等あるが、本実施形態では依頼信号が出されるタイミングに依存しない。またこの情報が伝達できる方法であれば、有線であっても無線であっても良い。
系統管理装置１１からの制御指令は、需要家１４の受信部１０１で受信され、出力部１０２を経由して各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに受信される。負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、その通信部２０１が制御指令を受信すると、動作時刻計算部２０４が予め決められた方法によって各負荷２３ａ〜２３ｎの動作開始時刻を計算する。この動作時刻は、負荷２３ａ〜２３ｎが一斉に動作することを防止し、時間をかけて負荷の動作が完了するように計算する。
例えば、１台目の負荷の動作が開始する時刻とすべての負荷の動作が完了する時刻との時間差をｔｇと定義すると、５分を下回ると発電所１２の応答が間に合わなくなり、発電所１２の応答という観点では２０分もあれば十分応答でき、さらに系統管理運用者の依頼への迅速な対応といった観点では２０分以上になると好ましくないことから、５〜２０分とするのが望ましい。
この状態を図で説明すると、従来技術のように指定された時刻ｔ０に全ての負荷を動作させると図３のように、瞬間的に大きな負荷変動が発生してしまう。これに対して、本実施形態では、図４に示すように、指定された時刻ｔ０の周辺で負荷の変動が分散されるように、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの計算部２０４が、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻を計算する。
負荷の動作が開始してから終了するまでの時間ｔｇは全ての需要家に対して全て同じ時間としても良いし、需要家ごとに異なった時間、つまりある需要家はｔｇ＝５分、ある需要家はｔｇ＝１５分といったようにしてもよい。これは、需要家１４の規模、所有する負荷などの電気機器の容量などによって、適宜決定することができる。
図５は負荷２３ａ〜２３ｎに接続された負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの動作をフローチャートで表したものである。需要家１４は電力系統の系統管理装置１１からの制御指令を受信部１０１で受信すると、この受信した制御指令に基づいて、負荷制御装置２４ａ〜２４ｎを操作することにより、負荷２３ａ〜２３ｎの動作を制御する。このとき需要家１４は制御指令に対応する時刻に負荷の動作を開始してもよいし、制御指令に対応する時刻よりも前に予約という形で負荷を動作させるように制御してもよい。
各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは需要家１４からの制御指令を受け付けると（ステップ１）、通信部２０１を経由して他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎへ制御指令を受け付けたことを送信する（ステップ２）。次に、他の負荷の情報を確認し、制御指令を受信した負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの数を把握した上で（ステップ３）、前記のいずれかの方法により、計算部２０４により各負荷の動作時刻を計算する（ステップ４）。この場合、前記の通り、負荷制御装置２４ａ〜２４ｎごとに動作時刻を計算してもよいし、予め定めた１つの負荷制御装置が計算を行い、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎにその結果を送信してもよい。
各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、動作時刻に到達していない場合は（ステップ５のＮＯ）、所定時間待機する（ステップ６）した後、ステップ３に戻り、再度他の負荷の情報を確認する処理を繰り返し、他の負荷が操作を受け付けているようであればその情報をもとに動作時刻を再計算する。従って、動作時刻に達する前であれば、制御指令を入力された負荷制御装置２４ａ〜２４ｎが増えるごとに、動作時刻が更新される。一方、計算された動作時刻を受信した後、動作時刻となった場合は（ステップ５のＹＥＳ）、需要家１４から指定された電力の制限や増加といった制御指令に基づいて、機器制御部２０が各負荷２３ａ〜２３ｎを動作させる（ステップ７）。
（３）動作時刻の計算方法
次に、負荷２３ａ〜２３ｎが一斉に動作することを防止するための計算部２０４による動作時刻の計算方法について説明する。動作時刻の演算は負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの計算部２０４にて行われる。ここでは説明を簡単にするため、１台目の負荷の動作が開始する時刻をｔｓ、全ての負荷の動作が完了する時刻をｔｅ、ｔｓとｔｅの時間差をｔｇとする。計算の方法としては、次のようなパターンが採用できる。
(a) 図６に示すように、電力系統の管理運用者の指定する時刻ｔ０までに全ての対象となる負荷の動作を完了する。この場合、ｔｅ＝ｔ０となり、ｔｓがｔ０よりもｔｇ早い。
(b) 図７に示すように、電力系統の管理運用者の指定する時刻の前後ｔｇ内で全ての対象となる負荷の動作を完了する。この場合、ｔｓ＜ｔ０＜ｔｅ、かつ、ｔｅとｔｓの時間差がｔｇとなる。
(c) 図８に示すように、電力系統の管理運用者の指定する時刻から負荷の動作を開始する。この場合、ｔｓ＝ｔ０となり、ｔｅがｔ０よりｔｇ遅い。
本実施形態は前記３パターンのどの方法を採用しても良い。また全ての需要家に対して図６〜図８のいずれか１種類に限定するものではなく、ある需要家は図６、ある需要家は図７、というように複数種類を組み合わせて実施しても良い。
２台目以降の負荷が動作する時間間隔は、図９のように動作開始・終了時刻と操作対象となる負荷の台数から等間隔とする方法や、図１０のように、機器動作による電気需要の変化分が直線的になるようにする方法や、図１１のように完全にランダムにする方法などが挙げられる。
負荷が１台しかない場合は、図６〜図８におけるｔｇの間の任意の時刻で動作するようにし、２台の場合は開始時刻ｔｓと完了時刻ｔｅに割り当てても良いしどちらかをランダムに動かしたりしてもよい。前記方法に限定するものではなく、負荷の動作が一斉に行われない方法であればよい。
図１０に示す動作時刻の算出には各負荷の動作に伴う電力の差分Ｐiと、動作の時間幅を用いる。なお、負荷の動作に伴う電力の差分として、空調機器のように温度設定で変わるようなものに関しては、指令に基づいて温度設定を変えることになった際の応答前後での差分のことを示す。この電力の差分は他負荷への情報送信時に他負荷に送信しても良いし、予め他負荷へ登録しておいてもよい。
そして、下記の（１）（２）式に従って算出する。
ｔｇ：動作開始から完了までの時間
ｔ：動作時刻（応答開始からの時刻）
Ｐi：負荷iの動作に伴う電力の差分（iは負荷の番号）
［１台目］
Figure 2013132187
［２台目以降のｉ台目］
Figure 2013132187
上記ｔは応答開始からの時刻である。実際の時刻は図７の方式で指定時刻が１２：００、ｔ＝５だった場合を例とすると、１２：００にｔを加算した時刻、つまり１２：０５に動作することになる。
本実施形態における計算方法は、図９〜図１１や（１）（２）式に限定するものではなく、同様の結果が得られる方法であればよい。
電力系統管理運用者からの指令に応じて各負荷を操作すると、それとは反対の動作、つまり電力消費を増やしてほしいという要求で負荷の運転を開始した場合は運転を終了する必要がある。その反対の動作をする順番は、図１２（ａ）に示すように動作を開始した順に反対の動作をしてもよいし、図１２（ｂ）に示すように動作を開始した順とは逆の順に反対の動作をしてもよいし、図１２（ｃ）に示すように入れた順とは無関係な、いわゆるランダムな順で反対の動作をしてもよい。
図１２（ａ）の方法であれば、全ての負荷が同じ時間、要求に対して応答する。図１２（ｂ）の方法であれば、要求へ応答する優先度を設定しておき、応答への優先度が低く、できるだけ応答する時間を短くしたい機器がある場合に有効な方法である。
前記の各計算方法は、本実施形態の一例であり、前記各方法に限定されるものではなく、同等の結果が得られる方法であればよい。例えば、予め動作させる負荷とその動作順序及び動作間隔を決定しておき、需要家が最初の負荷の制御装置に制御指令を入力し、その後、最初の負荷が動作を開始したことを他の負荷制御装置が監視部２０３によって検知すると、自動的に２つ目以降の負荷が動作するようにしてもよい。
（効果）
本実施形態によれば、図９〜図１１のように、指定した時刻になった瞬間、もしくはその時刻周辺の非常に短時間に一斉に負荷が動作することを防ぎ、かつ、電力系統１３に電気を供給する系統管理装置１１の管理運用する発電所１２が十分に応答できる変化量へと低減でき、負荷変動が発電機の調整力以下に抑えられるため、電力品質の低下を抑制することが可能となる。
２．第２実施形態
（構成）
図１３は、本発明の第２実施形態の全体構成を示すブロック図である。
本実施形態において、需要家１４はエネルギー管理装置１５を所有し、系統管理装置１１およびエネルギー管理装置１５から各負荷２３ａ〜２３ｎが有する通信装置２４ａ〜２４ｎと通信する。
本実施形態のエネルギー管理装置１５は、図１４に示すように、第１実施形態に設けられていた制御指令の受信部１０１と出力部１０２に加えて、他の負荷２３ａ〜２３ｎの運転状態を監視する監視部１０３と、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻を計算する計算部１０４を備えている。すなわち、本実施形態は、第１実施形態で各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに設けられていた監視部２０３と計算部２０４を、エネルギー管理装置１５に集約したものである。
（作用）
本実施形態の作用を図１５に示すフローチャートにより説明する。本実施形態では、系統管理運用者から需要家１４のエネルギー管理装置１５へ、電力需要の増加もしくは減少を依頼する制御指令を送信する。エネルギー管理装置１５ではその受信部１０１において、御指令を受信した後（ステップ１）、監視部２０３によって各負荷２３ａ〜２３ｎの動作状況を確認する（ステップ２）。その後、第１実施形態で説明した各種の方法のいずれかにより、計算部１０４が動作時刻の計算を実施する（ステップ３）。計算部１０４による計算結果である各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻は、出力部１０２を経由して、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに送信される（ステップ４）。
なお、エネルギー管理装置１５において常に各負荷２３ａ〜２３ｎの動作状況を把握しているのであれば、ステップ２の「各負荷の情報確認」はなくてもよい。
次に、図１６により、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎ側の動作を説明する。
各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、自己の動作時刻を通信部２０１において受信し（ステップ１）する。各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、動作時刻に到達していない場合は（ステップ２のＮＯ）、所定時間待機（ステップ３）した後、ステップ２に戻る。
この間、エネルギー管理装置１５は、再度他の負荷の情報を確認する処理を繰り返し、他の負荷が操作を受け付けているようであればその情報をもとに動作時刻を再計算する。従って、動作時刻に達する前であれば、制御指令を入力された負荷制御装置２４ａ〜２４ｎが増えるごとに、動作時刻が更新される。この点は、前記第１実施形態と同様である。ただし、エネルギー管理装置１５が、予めどの負荷２３ａ〜２３ｎを制御対象であるかを認識している場合には、負荷の数が変更されることがないので、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻も最初の計算で定まる。その場合、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、最初に受信した動作時刻に達するまで、待機する。
制御対象となる負荷は、エネルギー管理装置１５へ事前に登録しておいて毎回同じ負荷を対象にしてもよいし、制御指令を受信する都度、対象となる負荷を確認する方式でもよい。
一方、エネルギー管理装置１５によって計算された動作時刻を受信した後、動作時刻となった場合は（ステップ２のＹＥＳ）、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、その機器制御部２０５により、需要家１４から指定された電力の制限や増加といった制御指令に従って負荷２３ａ〜２３ｎを動作させる（ステップ４）。
（効果）
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に指定した時刻になった瞬間、もしくはその時刻周辺の非常に短時間に一斉に負荷が動作することを防止できる。その上、第１実施形態に比較して、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの構成が簡単になると共に、負荷制御装置２４ａ〜２４ｎごとに動作時刻の計算をしたり、計算結果を他の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに送信する処理が不要となる。また、エネルギー管理装置１５による自動制御が行われるため、需要家１４が各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに制御指令を入力する処理が不要になり、適切なタイミングで各負荷２３ａ〜２３ｎの動作を確実に実施することができる。
３．第３実施形態
（構成）
図１７及び図１８を用いて第３実施形態を説明する。この第３実施形態は、系統管理装置１１に、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻の計算部を設けたものである。そのため、図１７に示すように、系統管理装置１１が需要家１４の各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎと通信線５０によって接続されており、各需要家１４は第２実施形態のようなエネルギー管理装置１５を有しない。
本実施形態の系統管理装置１１は、図１８に示すように、制御指令の入力部３０１と出力部３０２に加えて、各需要家の負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの運転状態を監視する監視部３０３と、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻を計算する計算部３０４を備えている。すなわち、本実施形態は、第１実施形態で各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに設けられていた監視部２０３と計算部２０４を、系統管理装置１１に集約したものである。
（作用）
本実施形態の作用を図１９に示すフローチャートにより説明する。本実施形態では、系統管理運用者から系統管理装置１１の入力部３０１へ、電力需要の増加もしくは減少を依頼する制御指令が入力されると、系統管理装置１１ではその負荷状態監視部３０３において、各負荷２３ａ〜２３ｎの情報を確認する（ステップ１）。
すなわち、需要家１４がどの負荷２３ａ〜２３ｎに対して制御指令を実行するか、どのような順番で負荷を動作させるかなどの情報が、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに記憶されている場合、それらの情報を各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎから取得する。同時に、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに設けられている電力計測部２０２から、各負荷２３ａ〜２３ｎの運転状態を把握する。この場合、各需要家１４からこれらの情報が系統管理装置１１に予め送信されている場合には、ステップ１の「各負荷の情報確認」はなくてもよい。
各負荷２３ａ〜２３ｎの状態が確認された後は、系統管理装置１１の計算部３０４が、第１実施形態で説明した各種の方法のいずれかにより、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻の計算を実施する（ステップ２）。計算部３０４による計算結果は、出力部３０２を経由して、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに送信される（ステップ３）。
各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは受信した動作時刻に、自己が管理する各負荷２３ａ〜２３ｎに対して指定された時刻に電力の減少あるいは増加などの動作を行なわせる。この場合の処理は、第２実施形態の図１６に示すフローチャートと同等のものである。
本実施の形態において、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作状況を考慮しない処理も可能である。この場合、図１９に記載の「各負荷の情報確認」を省略し、依頼対象の負荷が全て停止もしくは運転しているものとみなして動作時刻を演算する。
例を挙げると、電力消費を増やす指令を出す場合、依頼対象となる負荷２３ａ〜２３ｎは全て停止しているものとみなして動作時刻を演算し、その結果を負荷２３ａ〜２３ｎへ送信し、対象となる負荷が停止中の場合は依頼信号に応答して停止状態から運転状態へと遷移させ、対象となる負荷が運転中の場合は依頼信号が来てもすでに運転状態であるので応答させない。
本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様な効果が得られる上に、第１実施形態よりも各負荷やその制御装置の構成が簡単になる。また、需要家ごとにエネルギー管理装置１５を設けなくてもよい利点もある。更に、系統管理装置１１に全ての情報や計算部を集約することで、系統管理運用者の思惑通りにすべての負荷が動作するので、電力品質低下をより一層抑制できる。
４．第４実施形態
図２０を用いて第４実施形態を説明する。本実施形態は、系統管理装置１１及びエネルギー管理装置１５がなく、系統管理運用者からの制御指令が、需要家１４に、電話、メール、ファクシミリ、書面などの通知で送信され、このような制御指令に基づいて、需要家１４が各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに対して、直接制御指令を入力する。
図２１に示すように、本実施形態の各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、需要家１４が操作するキーボード、記憶装置その他の入力装置４００が接続されている。各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎは、前記入力装置４００に接続された動作時刻設定部４０１と、この動作時刻設定部４０１に接続された動作時刻の計算部４０２を備える。計算部４０２は、需要家１４が制御指令で指定された時刻を設定部４０１に入力した場合、この指定された時刻に基づいて各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻を計算するものである。
この計算部４０２の計算方法は、前記各実施形態に記載の計算方法の中で、他の負荷の状態を参照しなくてもよいものが使用できる。例えば、製品出荷時までに乱数を各機器に設定しておき、動作指定時刻に前記乱数を加味した時刻を動作時刻として採用する方法が使用できる。また、需要家に設定させることなく、製品出荷時までに負荷固有の動作時刻を設定しておいても良い。この場合に設定される動作時刻も一斉動作を回避できるよう、ｔｇで分散させる。なお本実施形態は前記方法に限定するものではなく、設定値が自動的に補正されて一斉に動作することがなくなる方法であればよい。
（作用・効果）
本実施形態では、各負荷２３ａ〜２３ｎに予め動作する時刻を設定しておき、その時刻になったら動作させる。その場合、需要家１４が設定した時刻が、各負荷２３ａ〜２３ｎで異なるように、各負荷制御装置２４ａ〜２４ｎに設けられた計算部４０３において、自動で補正される。これにより、多数の負荷が一斉に動作することを回避することができる。
本実施形態は、特に、平日の１１時から１３時までといったように決まった曜日、時刻に動作させる場合に有効である。その上、本実施形態によれば、前記各実施形態よりも、システムの構成が簡単になる利点がある。
５．第５実施形態
（構成）
図２２〜図２５を用いて第５実施形態を説明する。本実施形態は、前記第１実施形態〜第４実施形態のいずれかにおいて、負荷２３ａ〜２３ｎの一部もしくは全てが電力を貯蔵したり放出したりできる負荷及び蓄電装置から構成されている。なお、図２２は、第２実施形態のエネルギー管理装置１５を各需要家１４に設けた構成に、第５実施形態を適用したものであるが、第５実施形態は図２２に限定されるものではない。
この負荷及び蓄電装置としては、家庭や病院、工場などに設けられた非常用蓄電装置や、電気自動車、あるいは太陽光発電パネルと蓄電装置を備えた住宅や工場のように、充電時には負荷として機能し、放電時にはバッテリーに蓄電された電力を需要家や系統に出力できるものがある。
第５実施形態では、電力計測部２０２は、負荷及び蓄電装置の使用電力量と充放電電力量、必要によっては蓄電装置の貯蔵電力量を計測する。また、負荷制御装置２４ａ〜２４ｎの機器制御部２０５が、負荷の運転制御部２０５ａと、蓄電装置の充放電制御部２０５ｂとから構成されている。充放電制御部２０５は、エネルギー管理装置１５の計算部１０４によって設定された各動作時刻を起点として、蓄電装置に対して次のような制御を行う。
(1) 図２４に示すように電力系統１３との連系点の電力潮流がｔｓからｔｅにかけてなだらかになるように、蓄電装置の放電量を各負荷２３ａ〜２３ｎの動作開始に放電量を大きくし、その後次の負荷の動作開始にかけで順次減少させることで、ｔｓからｔｅの間でノコギリ歯状となるように放電量を制御する。
(2) 図２５に示すように、最初の負荷の動作開始時ｔｓから最後の負荷の動作完了時ｔｅの間で、蓄電装置の出力のみをなだらかに減少させる。この場合、連系点の電力潮流はｔｓからｔｅにかけて階段状になる。
（作用・効果）
本実施形態によれば、単に各負荷２３ａ〜２３ｎの動作開始時刻をずらせるだけでなく、蓄電装置の充放電を制御することで、次のような作用効果が発揮される。
例えば、前記(1) によれば、他の機器の動作によりステップ状に変化する電力需要と、連系点の潮流がなだらかになるような出力指令値との差分を電力を貯蔵したり放出したりできる機器の出力で補うことにより、連系点の潮流をスロープ状にすることが可能となる。(2) では、電力を貯蔵したり放出したりできる機器の出力のみをスロープ状にすることで、電力を貯蔵したり放出したりできる機器による変動分を小さくできる。
以上のように、本実施形態によれば、前記各実施形態の効果に加え、電力を貯蔵したり放出したりできる蓄電装置を利用することも可能となり、より変動を抑制できる利点がある。
６．第６実施形態
図２６から図２９を用いて第６実施形態を説明する。本実施形態は、前記第１実施形態〜第５実施形態のいずれかにおいて、系統１３から伸びる電力線１６に、負荷２３ａ〜２３ｎに加えて、発電装置を設けたものである。図２６は、エネルギー管理装置１５を各需要家１４に設けた構成に本実施形態を適用したものであるが、本実施形態は図２６に限定されるものではない。
発電装置としては、太陽光発電装置２５ａ、ガスエンジン発電機２５ｂ、水力発電機、風力発電機などが使用できる。各発電装置２５ａ〜２５ｎには、それぞれ発電制御装置２６ａ〜２６ｎが設けられている。発電装置２５ａ〜２５ｎは、図２７に示すように、エネルギー管理装置１５との通信部５０１と、発電装置２５ａ〜２５ｎの運転状態を検出する電力計測部５０２と、機器制御部５０４を有する。この機器制御部５０４は、エネルギー管理装置１５の動作時刻計算部１０４から送信された動作時刻に基づいて各発電装置２５ａ〜２５ｎの運転を制御するものである。
（作用・効果）
ガスエンジン発電機等のように出力を自由に変更できる発電機では、第５実施形態記載の電力を貯蔵したり放出したりできる機器と同様に出力をなだらかに変えることで変動分を小さくすることができる。
具体的には、図２８のように連系点の潮流がなだらかになるような出力指令値との差分を発電機器の出力で補うことにより、連系点の潮流をスロープ状にしたり、図２９のように発電機器の出力のみをスロープ状にすることで、複数の負荷が減少あるいは増加動作を開始した場合における電力の変動分を小さくする。これは第５実施形態記載の電力を貯蔵したり放出したりできる機器の出力にバイアスを加えた動作といえる。
一方、太陽光発電装置のように出力を自由に変更できない発電機では、基本的には第１実施形態〜第４実施形態記載の負荷２３ａ〜２３ｎと同様の動きとなる。出力を自由に変更できない発電機とは、目的の出力を得ることが確実ではない発電機であるが、これらについても本来発電するはずであった発電電力を制御によって減らすことは可能である。すなわち、運転を開始もしくは出力増によって消費電力増となる機器と、運転を停止もしくは出力減によって供給電力減となる機器の組み合わせであれば同時の動作をさせることができる。
例を挙げると、電力系統管理運用者から負荷増の指令が来た場合、電力を消費する負荷を新たに運転したり、出力が増えるように運転したりするとともに、出力を自由に変更できない発電機の出力を制限して減らす。このとき第１実施形態〜４では基本的に１つずつの動作となるが、本実施形態のように、電力を消費する負荷と発電する機器の組み合わせに関しては、動作による変化分が相殺しあうので同時に操作してもよい。
言い換えれば、動作時刻を算出する際には発電する機器を除いて動作時刻を演算し、その後、演算された複数の動作時刻の中から任意のタイミングで動作させてもよい。同時に動作したほうが動作１回分の変動分を小さくできる。
本実施形態によれば、前記各実施形態の効果に加えて、電力を発電する機器を利用することが可能となり、より柔軟なシステムの構築が可能になる。
７．第７実施形態
（構成）
図３０を用いて第７実施形態を説明する。本実施形態は、前記第１実施形態〜第６実施形態のいずれかにおいて、電力料金を考慮して、同時刻の計算を行うものである。図３０は、エネルギー管理装置１５を各需要家１４に設けた構成に本実施形態を適用したものであるが、本実施形態は図３０に限定されるものではない。
そのため、本実施形態では、エネルギー管理装置１５に、電気料金の記憶部１０５が設けられ、この記憶部１０５内に各負荷２３ａ〜２３ｎに関する電気料金が記憶されている。電気料金は、深夜電力や季節電力などのように電力の使用時刻や時期によって異なることから、各負荷２３ａ〜２３ｎの運転予定時刻を記憶する運転時刻記憶部１０６が設けられている。更に、動作時刻計算部１０４は、各負荷２３ａ〜２３ｎの運転状態や制御指令の有無に関する情報に加えて、以下述べるように電気料金と運転時間を考慮して、各負荷２３ａ〜２３ｎの動作時刻を計算する。
（作用・効果）
例えば、電気料金が時刻によって変化する場合に、負荷の動作が予定の時刻に動作しないことによって、需要家が不利益をこうむる場合がある。それを防止するため、本実施形態では、動作時刻を次のように演算する。
まず、仮の動作時刻を第１実施形態記載の（１）式、（２）式で算出する。そして電気料金が変更となる時刻ｔｃよりも前の電気料金をＰｐ、ｔｃよりも後の電気料金をＰａとする。ここで応答する機器が５つだったと仮定し、負荷２３ａ〜２３ｅの消費電力をＸａ〜Ｘｅと、仮の応答する時刻をＴａ〜Ｔｅとする。
図３１の(1)の部分は電気料金が高い時刻に早めに負荷を動作させ、(2)の部分は電気料金が低い時刻に遅めに負荷を動作させる。つまり(1)では負荷を一斉に動作させる場合より電気料金が高めとなり、(2)では負荷を動作させる時間が短くなったことにより、負荷を一斉に動作させる場合より電気料金が低めとなる。
電気料金が変わる前後で合計の電気料金が等しくなるのは、(1)の面積にＰｐを乗算したものと、(2)の面積にＰａを乗算したものが等しくなった場合である。そこで仮の応答する時刻Ｔａ〜Ｔｅの時間間隔を保ったまま、時間ｔだけ応答時刻をずらすことにより、両者の差を０とする。
電気料金が変わるよりも前に応答する機器の電気料金は（３）式で表せる。
Figure 2013132187
電気料金が変わるよりも後に応答する機器の電気料金は（４）式で表せる。
Figure 2013132187
上記の（３）＝（４）となる方程式を解くことで、補正時間ｔが得られる。そして仮の応答する時刻Ｔａ〜Ｔｅにそれぞれｔを加算して補正することで、正式な応答時刻とする。また負荷が応答した場合、それと反対の動作が行われるが、そのときも上記と同等の演算を行って応答時刻を補正すればよい。
前記の方法は、各動作が行われるたびに料金差がなくなるようにしているが、例えば１週間といったように一定期間内で料金差がなくなるようにすることを制約条件として、各回で料金差を生じさせ、期間の最後の回までに前記料金差を０にするようにしてもよい。
前記のような構成を有する本実施形態によれば、前記各実施形態の効果に加えて、電気料金が時刻によって変わっても、従来想定される電気料金より高い金額を支払うといった不利益をこうむることを回避することができる。
８．他の実施形態
本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含する。
（１）前記各実施形態は、本発明を電気機器の運転制御システムとして説明したが、本システムにおいて実行される運転制御方法や、コンピュータを電気機器の運転制御装置として機能させるためのプログラムも本発明の一態様である。
（２）複数の需要家を統合する場合は、電力負荷の需要が各グループで等しくなるようにグルーピングしてもよいし、電力機器の構成が各グループで同等となるようにグルーピングしてもよいし、負荷の特性が各グループで同等となるようにグルーピングしてもよい。
（３）前記系統管理装置１１、エネルギー管理装置１５、負荷制御装置２４ａ〜２４ｎ及び発電装置２５ａ〜２５ｎは、同様の機能が得られるのであれば、各部を分割させた構成としてもよい。
（４）本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１１…系統管理運用者
１２…発電所
１３…電力系統（送配電線）
１４…需要家
１５…エネルギー管理装置
１６…電力線
２３ａ〜２３ｎ…負荷
２４ａ〜２４ｎ…負荷制御装置
２５ａ〜２５ｎ…発電装置
２６ａ〜２６ｎ…発電制御装置
１０１…制御指令受信部
１０２…制御指令出力部
２０１…通信部
２０２…電力計測部
２０３…負荷状態監視部
２０４…動作時刻計算部
２０５…機器制御部

Claims (12)

  1. 電力系統に連系した需要家が管理する複数の電気機器と、これらの電気機器の運転を制御する制御装置とを備えた電気機器の運転制御システムにおいて、
    電力系統からの受電電力の増加または減少を依頼する制御指令に基づいて、前記複数の電気機器の受電電力の増加動作または減少動作の開始時刻がそれぞれの電気機器で異なるように計算する動作時刻の計算部を備え、
    前記各電気機器の制御装置が、前記計算部の計算結果である電気機器ごとに異なる動作開始時刻において、受電電力の増加動作または減少動作を実行させることを特徴とする電気機器の運転制御システム。
  2. 各電気機器の制御装置に、
    他の電気機器との間で情報を交換する通信部と、
    他の電気機器の運転状態及び／または他の電気機器の制御指令の入力状態を監視する運転状態監視部と、
    前記監視部で取得した情報と前記制御指令に基づいて各電気機器の動作時刻を計算する計算部と、
    が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電気機器の運転制御システム。
  3. 前記需要家が、複数の電気機器の運転を管理するエネルギー管理装置を有し、
    このエネルギー管理装置に、
    各電気機器との間で情報を交換する通信部と、
    各電気機器の運転状態及び／または電気機器に対する制御指令の入力状態を監視する運転状態監視部と、
    前記監視部で取得した情報と前記制御指令に基づいて各電気機器の動作時刻を計算する計算部と、
    が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電気機器の運転制御システム。
  4. 前記電力系統に、電力系統に接続された各電気機器の運転を制御する系統管理装置が設けられ、
    この系統管理装置に、
    各電気機器との間で情報を交換する通信部と、
    各電気機器の運転状態及び／または電気機器に対する制御指令の入力状態を監視する運転状態監視部と、
    前記監視部で取得した情報と前記制御指令に基づいて各電気機器の動作時刻を計算する計算部と、
    が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電気機器の運転制御システム。
  5. 前記各制御装置が、
    需要家が各電気機器に制御指令を入力する動作時刻設定部と、
    前記動作時刻設定部に入力された制御指令に基づいて各電気機器の動作時刻を計算する計算部を備えていること特徴とする請求項１に記載の電気機器の運転制御システム。
  6. 前記電気機器の少なくとも１つが負荷と蓄電装置から構成され、
    前記電気機器の制御装置には、負荷の運転制御部と蓄電装置の運転制御部が設けられ、
    前記動作時刻の計算部が、制御指令に基づいて前記負荷と蓄電装置の動作開始時刻を計算し、この計算結果に基づいて負荷の運転制御部と蓄電装置の運転制御部が負荷と蓄電装置の動作を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気機器の運転制御システム。
  7. 電力系統に、前記電気機器と共に発電装置が接続され、
    この発電装置には、その運転を制御する発電制御装置が設けられ、
    前記動作時刻の計算部が、制御指令に基づいて前記電気機器の動作開始時刻と発電装置の運転制御時間を計算し、この計算結果に基づいて電気機器の運転制御部と発電制御装置の運転制御部が電気機器と発電装置の動作を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電気機器の運転制御システム。
  8. 前記動作時刻の計算部が、各電気機器の運転時刻とその電気料金の記憶部を備え、この電気料金の記憶部に記憶された電気料金に基づいて、各電気機器の動作時刻を計算することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電気機器の運転制御システム。
  9. 電力系統に連系した需要家が管理する複数の電気機器と、これらの電気機器の運転を制御する制御装置とを備えた電気機器の運転制御方法において、
    電力系統からの受電電力の増加または減少を依頼する制御指令に基づいて、前記複数の電気機器の受電電力の増加動作または減少動作の開始時刻がそれぞれの電気機器で異なるように計算するステップと、
    前記各電気機器の制御装置が、前記計算部の計算結果である電気機器ごとに異なる動作開始時刻において、受電電力の増加動作または減少動作を実行させるステップを有することを特徴とする電気機器の運転制御方法。
  10. 前記電気機器の少なくとも１つが負荷と蓄電装置から構成され、
    前記動作時刻の計算部が、制御指令に基づいて前記負荷と蓄電装置の動作開始時刻を計算するステップと、
    この計算結果に基づいて負荷の運転制御部と蓄電装置の運転制御部が負荷と蓄電装置の動作を制御するステップを有することを特徴とする請求項９に記載の電気機器の運転制御方法。
  11. 電力系統に前記電気機器と共に発電装置が接続され、この発電装置にはその運転を制御する発電制御装置が設けられ、
    前記動作時刻の計算部が、制御指令に基づいて前記電気機器の動作開始時刻と発電装置の運転制御時間を計算するステップと、
    この計算結果に基づいて電気機器の運転制御部と発電制御装置の運転制御部が電気機器と発電装置の動作を制御するステップを有することを特徴とする請求項９または請求項１０項に記載の電気機器の運転制御システム。
  12. 前記動作時刻の計算部が各電気機器の運転時刻とその電気料金の記憶部を備え、
    前記計算部が、この電気料金の記憶部に記憶された電気料金に基づいて各電気機器の動作時刻を計算するステップを有することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の電気機器の運転制御システム。
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