JP2014033539A - 電力制御装置、方法、プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】電力制御装置において、蓄電池の信頼性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】電力制御部21は、発電システム1における蓄電池12の充放電を制御する。電力制御部21は、発電電力の予測手法および負荷電力の予測手法に基づいて計算される、発電電力および負荷電力の予測値を、逐次、予測部24により取得する。予測部24が取得する発電電力の予測値と負荷電力の予測値の、予測対象の時点における大小関係を、判定部25が判定する。判定部25の判定結果は、予測対象の時点と対応づけて、履歴として記憶部26に記憶される。充放電制御部23は、T(bar)内における判定結果の複数件の履歴のうち、蓄電池12が充電状態と予測される割合と放電状態と予測される割合の少なくともいずれかに基づいて、蓄電池12の充放電を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】電力制御部21は、発電システム1における蓄電池12の充放電を制御する。電力制御部21は、発電電力の予測手法および負荷電力の予測手法に基づいて計算される、発電電力および負荷電力の予測値を、逐次、予測部24により取得する。予測部24が取得する発電電力の予測値と負荷電力の予測値の、予測対象の時点における大小関係を、判定部25が判定する。判定部25の判定結果は、予測対象の時点と対応づけて、履歴として記憶部26に記憶される。充放電制御部23は、T(bar)内における判定結果の複数件の履歴のうち、蓄電池12が充電状態と予測される割合と放電状態と予測される割合の少なくともいずれかに基づいて、蓄電池12の充放電を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、パワーコンディショナーなどの電力制御装置に関し、特に、蓄電池への充放電を制御するための技術に関する。
パワーコンディショナーは、太陽光発電システムなどの発電システムにおいて、電力の変換を制御する。例えば、太陽電池(モジュール)などが発電した直流電力を、家庭等で利用できるように交流電力に変換する。これにより、一般家庭に設置された発電設備からの発電電力を、一般家庭で利用できるようにする。
パワーコンディショナーを含む発電システムでは、電力を蓄えるための蓄電池が用いられる。蓄電池へは、一般家庭に設置された発電設備から電力が充電される。また、外部の商用電力系統からも、蓄電池へ充電される。蓄電池へ充電される電力は、直流/交流変換等を経て、負荷に応じて屋内交流配線へ供給されるよう電力制御装置が制御する。例えば、太陽電池などの発電電力量では、家庭内で電力が不足する場合は、蓄電池から家庭内に電力が供給される。また、家庭内で電力が余っている場合は、電力制御装置の制御により、電力が蓄電池へ充電され、また、外部へ売電等される。
蓄電池の信頼性を高めるため、蓄電池に関する技術は、様々なものが開示されている。例えば、特開2010−41883号公報(下記の特許文献1)は、蓄電システムにおいて、過度の充電電流値で充電されるのを防止し、蓄電池の長寿命化を実現する技術を開示する。特開2009−284586号公報(下記の特許文献2)は、電力システムにおいて、太陽電池の余剰電力を蓄える効率を向上させ、商用電力系統からの電力のピークカットを行う技術を開示する。
しかし、発電システムにおいて、発電電力は、ランダムに変動する傾向にある。例えば、太陽電池は、天候等により発電電力が影響される。また、負荷電力も、ランダムに変動する傾向にある。そのため、発電電力と、負荷電力とに基づいて、蓄電池へ充放電する場合、蓄電池への充放電が頻繁に繰り返され、充放電サイクルの回数が増加するおそれがある。充放電サイクルの回数が増えるにつれて、蓄電池の劣化が進行する。
そこで、本発明は、電力制御装置において、蓄電池を長寿命化させ、蓄電池の信頼性を向上させる技術を提供することを目的とする。
一実施形態に従う電力制御装置は、発電システムにおける蓄電池の充放電を制御する。電力制御装置は、発電電力の予測手法および負荷電力の予測手法に基づいて計算される、発電電力および負荷電力の予測値を、逐次、取得する予測部と、予測部により取得される発電電力の予測値と負荷電力の予測値の、予測対象の時点における大小関係を判定する判定部と、判定部の判定結果を、予測対象の時点と対応づけて、履歴として記憶するための記憶部と、記憶部に記憶される、所定期間内における判定結果の複数件の履歴のうち、大小関係の判定結果の少なくともいずれかの割合に基づいて、蓄電池の充放電を制御する制御部とを含む。
好ましくは、制御部は、蓄電池の充放電の制御時点以降の所定期間内における判定結果の履歴に基づいて、充放電を制御することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、所定期間内に含まれる判定結果の履歴において、負荷電力の予測値が大きいと判定された期間の占める割合、または、発電電力の予測値が大きいと判定された期間の割合のうち少なくともいずれかと、所定の閾値とを比較することにより、蓄電池の充放電を制御することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、所定期間内に含まれる判定結果の履歴において、履歴に示される総判定回数のうち負荷電力の予測値が大きいと判定された回数の割合、または、総判定回数のうち発電電力の予測値が大きいと判定された回数の割合のうち少なくともいずれかいずれかと、所定の閾値とを比較することにより、蓄電池の充放電を制御することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、所定期間内に含まれる判定結果の履歴において、負荷電力の予測値が大きいと判定された期間の割合が、所定の閾値を上回る場合は、蓄電池の放電を許可し、所定の閾値に達しない場合は、蓄電池の放電を許可しないよう制御することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、蓄電池の放電を許可した場合において、充放電の制御時点における負荷電力の測定値と、充放電の制御時点における発電電力の測定値との比較結果に応じて放電を実行することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、所定期間内に含まれる判定結果の履歴において、発電電力の予測値が大きいと判定された期間の割合が、所定の閾値を上回る場合は、蓄電池の充電を許可し、所定の閾値に達しない場合は、蓄電池の充電を許可しないよう制御することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、蓄電池の充電を許可した場合において、充放電の制御時点における負荷電力の測定値と、充放電の制御時点における発電電力の測定値との比較結果に応じて充電を実行することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、所定期間内における判定結果の履歴において、大小関係の判定結果が同一のものが連続する期間の長さに基づいて、蓄電池の充放電を制御することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、所定期間内における判定結果の履歴において、蓄電池の充放電の制御時点に後続する時点の判定結果について、大小関係の判定結果が同一のものが所定期間連続している場合、判定結果に対応して蓄電池の充放電を制御することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、蓄電池の充放電の制御時点に後続する時点の判定結果の履歴において、大小関係の判定結果が同一のものが所定期間連続している場合、判定結果に対応して蓄電池の充放電を制御することとしてもよい。
好ましくは、制御部は、所定期間内における判定結果の履歴のうち、蓄電池の充放電の制御時点との時間差に応じて、判定結果に重みづけをし、重みづけの結果に基づいて、蓄電池の充放電を制御することとしてもよい。
好ましくは、記憶部は、発電システムにおいて発電される発電電力の実績値と、発電システムにおいて消費される負荷電力の実績値とを記憶するためのものであり、予測部は、予測手法と、記憶部に記憶される発電電力の実績値および負荷電力の実績値とに基づいて発電電力および負荷電力の予測値を算出することにより、予測値を逐次取得することとしてもよい。
別の実施形態に従うと、電力制御装置の電力変換の方法が提供される。電力制御装置は、発電システムにおける蓄電池の充放電を制御する。電力制御装置における電力変換の方法は、電力制御装置に、発電電力の予測手法および負荷電力の予測手法に基づいて計算される、発電電力および負荷電力の予測値を、逐次、取得させるステップと、電力制御装置に、発電電力の予測値と負荷電力の予測値の、予測対象の時点における大小関係を判定させるステップと、電力制御装置に、判定結果を、予測対象の時点と対応づけて、履歴として記憶させるステップと、電力制御装置に、記憶される、所定期間内における判定結果の複数件の履歴のうち、大小関係の判定結果の少なくともいずれかの割合に基づいて、蓄電池の充放電を制御させるステップとを含む。
別の実施形態に従うと、発電システムにおける蓄電池の充放電を制御する電力制御装置の電力変換の動作を制御するプログラムが提供される。電力制御装置は、プロセッサと、メモリとを含む。プログラムは、発電電力の予測手法および負荷電力の予測手法に基づいて計算される、発電電力および負荷電力の予測値を、逐次、プロセッサにより取得するステップと、発電電力の予測値と負荷電力の予測値の、予測対象の時点における大小関係をプロセッサにより判定するステップと、判定結果を、予測対象の時点と対応づけて、履歴としてプロセッサがメモリに記憶させるステップと、メモリに記憶される、所定期間内における判定結果の複数件の履歴のうち、大小関係の判定結果の少なくともいずれかの割合に基づいて、プロセッサにより蓄電池の充放電を制御するステップとを含む。
上記一実施形態によると、蓄電池の頻繁な充放電を回避することができ、蓄電池を長寿命化させ、蓄電池の信頼性を向上させることができる。
この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
<1.1 発電システム1の構成>
図1は、本実施形態における発電システム1の構成を示す図である。図1に示すように、発電システム1は、太陽電池11と、蓄電池12と、DC/DCコンバータ13と、DC/ACコンバータ14と、家庭機器15と、電力系統16と、電力制御部21と、を含む。電力制御部21は、DC/DCコンバータ22と、充放電制御部23と、予測部24と、判定部25と、記憶部26とを含む。
図1は、本実施形態における発電システム1の構成を示す図である。図1に示すように、発電システム1は、太陽電池11と、蓄電池12と、DC/DCコンバータ13と、DC/ACコンバータ14と、家庭機器15と、電力系統16と、電力制御部21と、を含む。電力制御部21は、DC/DCコンバータ22と、充放電制御部23と、予測部24と、判定部25と、記憶部26とを含む。
発電システム1は、電力会社の配電網などの電力系統16と接続されており、電力系統16と連系して使用される。発電システム1は、太陽光により発電する発電モジュール(発電モジュールは、太陽電池11に含まれる)を含んでいる。発電システム1は、電力系統16に連系することで、太陽電池で発電した電力が余っている場合は、余った電力を蓄電池12に充電したり、電力系統16へ流したりする(売電)。一方、発電システム1は、必要な電力が不足している場合は、蓄電池12の電力を放電させたり、電力系統16から電力の供給を受けたりする(買電)。こうすることで、太陽光発電のような発電電力の変動が大きい発電システムにおいて、負荷電力を調節することなく、発電電力と負荷電力とに基づいて、電力系統16から電力の供給を受けたり、電力系統16へ電力を供給したりすることができる。
太陽電池11は、発電モジュールを含み、太陽光の光エネルギーを受けて、光電変換により発電する。太陽電池11は、発電による直流電力をDC/DCコンバータ13へ出力する。
DC/DCコンバータ13は、太陽電池11により発電された直流電力を、一般家庭などで使用できる電圧に変換するため、直流−直流変換を行う。DC/DCコンバータ13は、例えばスイッチング電源を含み、電流をON/OFFするためのスイッチング素子を制御して、入力される直流電力の電圧を制御する。
蓄電池12は、電力制御部21に含まれるDC/DCコンバータ22を介して発電システム1に接続される蓄電池である。太陽電池11の発電状況や、発電システム1における負荷電力などに基づいて、電力制御部21の制御により、蓄電池12への充電や、蓄電池12からの放電が制御される。
DC/ACコンバータ14は、直流電力と交流電力とを変換する。太陽電池11が発電し、DC/DCコンバータ13によりDC/DC変換された直流電力を受け付ける。DC/ACコンバータ14は、蓄電池12が放電する直流電力を、電力制御部21を経由して受け付ける。DC/ACコンバータ14は、発電システム1において電力が不足する場合に、電力系統16から交流電力の供給を受け、交流電力を直流電力に変換する。DC/ACコンバータ14は、交流電力により動作する家庭機器15に、交流電力を供給する。DC/ACコンバータ14は、発電システム1において、電力に余裕がある場合は、太陽電池11等により発電される直流電力を、交流電力に変換して電力系統16へ供給(売電)する。DC/ACコンバータ14は、直流電力により動作する負荷(図示しない)に対し、直流電力を供給する。
家庭機器15は、交流電力により動作する負荷であり、例えば交流電力を受けて動作する、家庭内の家電機器などである。
電力制御部21は、電力制御装置を構成し、蓄電池12の蓄電池の充放電を制御する。電力制御部21に含まれるDC/DCコンバータ22は、蓄電池12の直流電力を、直流電力で動作する機器に供給する。また、DC/DCコンバータ22は、DC/ACコンバータ14から供給される直流電力を、蓄電池12の充電に使用する。
充放電制御部23は、後述する処理により、蓄電池12において頻繁に充放電が発生しないよう発電システム1を制御する。
予測部24は、既知の方法により予測される、所定期間後までの太陽電池11の発電電力の予測値を取得する。また、既知の方法により予測される、家庭機器15等で消費される負荷電力の予測値を取得する。予測部24が予測値を計算することとしてもよいし、予測部24が外部から予測値を取得することとしてもよい。
ここで、発電量を予測する方法と、負荷電力の負荷を予測する方法は、様々なものがある。例えば、発電量を予測する方法として、ニューラルネットワーク法を用いるものが知られている。ニューラルネットワーク法を用いた発電量の予測方法を示す文献は、例えば、”角田、呉、「ニューラルネットワーク法による風力発電の短時間先発電量予測の精度向上に関する研究」、電気学会論文誌、2009年、第129巻、第9号、p.1091−1097”がある。また、負荷電力を予測する手法として、例えば、”河内、佐々木、「電力需要長周期変動成分の短時間先予測手法」、電気学会論文誌、2004年、第124巻、第1号、p.77−83”がある。これら予測手法を用いて太陽電池の発電電力の予測値と、負荷電力の予測値とを算出する際、過去の太陽電池の発電電力の実績値と、負荷電力の実績値とが必要となる。そのため、予測部24が太陽電池11の発電電力の予測値と、負荷電力の予測値を算出する場合、電力制御部21は、記憶部26に、太陽電池11の発電電力の実績値と、家庭機器15等で消費される負荷電力の実績値とを逐次格納する。予測部24は、記憶部26に格納される、発電電力および負荷電力の実績値を用いて、上記の予測手法により発電電力および負荷電力の予測値を算出する。
判定部25は、将来時点の予測結果に基づいて、予測対象の時点における太陽電池11の発電電力の予測値と、発電システム1における負荷電力の予測値とを比較する。判定部25は、これら発電電力の予測値と、負荷電力の予測値の比較結果に応じて、発電電力の予測値と、負荷電力の予測値とのいずれが大きいかの大小関係を判定する。発電電力の予測値の方が、負荷電力の予測値より大きい場合は、発電システム1において電力が余っていることとなる。この場合、例えば、余っている電力が、蓄電池12に充電される。また、発電電力の予測値よりも、負荷電力の予測値の方が大きい場合は、例えば、蓄電池12の電力が放電される。そのため、判定部25の判定結果は、予測対象の時点において、蓄電池12が充電状態となるか、放電状態となるかの判定結果を示している。蓄電池12が充電状態であれば、発電電力が余っているため、蓄電池12への充電の他に、電力系統16へ売電等されることもある。また、蓄電池12が放電状態であれば、負荷電力の方が発電電力よりも大きいため、蓄電池12が放電されるか、電力系統16から買電等されることもある。
記憶部26は、メモリであり、発電電力の予測値と、負荷電力の予測値との、判定部25による大小関係の判定結果(蓄電池12が充電状態であるか放電状態であるか)を、予測の対象となる時点と対応づけて記憶する。また、記憶部26は、太陽電池11の発電電力の実績値と、家庭機器15等で消費される負荷電力の実績値とを記憶する。
上記構成において、充放電制御部23が、発電電力の予測値と、負荷電力の予測値とに基づいて、蓄電池12の充放電が頻発しないよう、蓄電池12の充放電を制御する。これにより、蓄電池12が長寿命化し、蓄電池12の信頼性を向上させることができる。
<1.2 発電システム1で用いるパラメータ>
図2は、本実施形態で用いる各パラメータを示す図である。
図2は、本実施形態で用いる各パラメータを示す図である。
図2に示すように、太陽電池11を「PV」とし、充放電制御部23の制御時点(現在時点)の発電電力、負荷電力を「c」により示す。発電電力または負荷電力の予測値(未来時点)には、「f」を付加して示す。例えば、図2に示すように、太陽電池11の発電電力は「P(PV)」により示す。充放電制御部23の制御時点における太陽電池11の発電電力(現在の発電電力)は、「P(PV,c)」により示す。予測部24により取得される、発電電力の予測値は、「P(PV,f)」により示す。負荷電力についても、負荷電力を「P(L)」、充放電制御部23の制御時点における負荷電力を「P(L,c)」、負荷電力の予測値を「P(L,f)」により示す。
また、蓄電池12に蓄積されている蓄電池電力を「P(SB)」により示す。電力制御部21が蓄電池12の充放電を制御するために蓄電池12へ出力する信号を「P(SB)*」により示す。「P(SB,c)」は、現在の蓄電池の電力を示す。「P(SB,f)」は、未来の蓄電池の電力を示す。「P(s)」は、電力系統16の電力を示す。
図3は、蓄電池12の充放電を制御するために、本実施形態で用いる各パラメータを示す図である。
図3に示す「蓄電池状態の判別値:α」は、後述する図4で説明する。ここでは概略を説明する。判別値αは、発電電力P(PV)と、負荷電力P(L)との大小関係に基づいて、蓄電池12を充電するか放電させるかの指令を電力制御部21から蓄電池12へ通知するために用いられる。
図3に示す充電時間率ε(charge)は、予測部24が取得する一定期間内(後述する充放電時間閾値T(bar)の期間内)の発電電力および負荷電力の予測値に基づいて、発電電力の方が大きいと判定部25が判定した割合、すなわち、蓄電池12が充電されると予測される時間的な割合を示す。充電時間率ε(charge)が大きいほど、将来において蓄電池12が充電される可能性が高いことを示す。図3に示す放電時間率ε(discharge)は、予測部24が取得する一定期間内の発電電力および負荷電力の予測値に基づいて、負荷電力の方が大きいと判定部25が判定した割合、すなわち蓄電池12が放電されると予測される時間的な割合を示す。ε(discharge)が大きいほど、将来において蓄電池12が放電される可能性が高いことを示す。
図3に示す時間率の基準値ε(ref)は、充電時間率、放電時間率と比較するための閾値を示す。例えば、充放電制御部23は、充電時間率ε(charge)と、時間率の基準値ε(ref)とを比較し、充電時間率ε(charge)が大きければ、充電を許可すると判定する。充電評価値η(charge)、放電評価値η(discharge)は、後述する重みづけを適用した場合の、充放電の評価値を示す。評価値の基準値η(ref)は、後述する重みづけを適用した場合の、充放電の評価値と比較するための閾値を示す。
予測期間T(pre)は、予測部24が取得する予測値の、予測対象の時点を示す。例えば、予測期間が1時間であれば、予測部24は、1時間後の発電電力および負荷電力の予測値を取得する。
充放電時間閾値T(bar)は、充放電制御部23が、蓄電池12の充放電を制御するために充電時間率ε(charge)または放電時間率ε(discharge)を計算する対象とする期間の長さを示す。予測部24は、所定の時間的な間隔をあけて、予測期間T(pre)に示される期間後の発電電力および負荷電力の予測値を取得し、判定部25は、予測対象の時点における、発電電力と負荷電力の予測値の大小関係を判定し、この判定結果が、記憶部26に蓄積される。記憶部26は、所定の時間的な間隔をあけて、判定部25の判定結果を蓄積している。充放電制御部23は、判定部25に蓄積されている判定結果のうち、充放電時間閾値T(bar)に示される期間の判定結果に基づいて、充電時間率ε(charge)または放電時間率ε(discharge)の少なくとも一方を算出する。
充電時間(未来)T(charge,f)は、充放電時間閾値T(bar)に示される期間において、発電電力の予測値の方が負荷電力の予測値よりも大きいと判定部25が判定した期間の長さを示す。
放電時間(未来)T(discharge,f)は、充放電時間閾値T(bar)に示される期間における、判定部25が負荷電力の予測値の方が発電電力の予測値よりも大きいと判定した期間の長さを示す。
充電許可フラグF(charge)は、充放電制御部23が、記憶部26に記憶される判定部25の判定結果の履歴に基づいて、蓄電池12への充電を許可すると判定したことを示すフラグである。
放電許可フラグF(discharge)は、充放電制御部23が、記憶部26に記憶される判定部25の判定結果の履歴に基づいて、蓄電池12の放電を許可すると判定したことを示すフラグである。
図4は、蓄電池12の充放電状態を判別するための図である。
充放電制御部23は、後述するように、充電時間率ε(charge)等に基づいて、蓄電池12へ充電を許可するか放電を許可するか判定する。充放電制御部23は、この許可の判定と、蓄電池12の充電制御の時点における、太陽光発電電力P(PV)と、負荷電力P(L)の大小関係に基づいて、蓄電池12の充放電を制御する。図4に示すように、負荷電力P(L)と、太陽光発電電力P(PV)との差分が、蓄電池状態の判別値α以上の場合、蓄電池電力指令値P(SB)*は、(1)放電状態、または、(2)充電状態となる。また、負荷電力P(L)と、太陽光発電電力P(PV)との差分が、蓄電池状態の判別値αよりも小さい場合、蓄電池電力指令値P(SB)*は、(3)停止状態(P(SB)*=0)となる。これにより、負荷電力P(L)と、太陽光発電電力P(PV)との大きさがある一定範囲内に近付いている場合は、蓄電池12の充放電を停止することで、蓄電池12の頻繁な充放電を抑制する。
充放電制御部23は、後述するように、充電時間率ε(charge)等に基づいて、蓄電池12へ充電を許可するか放電を許可するか判定する。充放電制御部23は、この許可の判定と、蓄電池12の充電制御の時点における、太陽光発電電力P(PV)と、負荷電力P(L)の大小関係に基づいて、蓄電池12の充放電を制御する。図4に示すように、負荷電力P(L)と、太陽光発電電力P(PV)との差分が、蓄電池状態の判別値α以上の場合、蓄電池電力指令値P(SB)*は、(1)放電状態、または、(2)充電状態となる。また、負荷電力P(L)と、太陽光発電電力P(PV)との差分が、蓄電池状態の判別値αよりも小さい場合、蓄電池電力指令値P(SB)*は、(3)停止状態(P(SB)*=0)となる。これにより、負荷電力P(L)と、太陽光発電電力P(PV)との大きさがある一定範囲内に近付いている場合は、蓄電池12の充放電を停止することで、蓄電池12の頻繁な充放電を抑制する。
このように、太陽光発電電力P(PV)と、負荷電力P(L)との差が、ある一定値(α)以上の場合に、蓄電池12へ充電するか、蓄電池12を放電させるか制御することで、蓄電池12の頻繁な充放電を抑制する。この蓄電池状態の判別値αは、例えば、以下のようにして決定される。蓄電池状態の判別値αは、(1)過去の太陽電池11の発電電力、および、負荷電力の実績値に基づいて決定することができる。また、(2)発電システム1の構成に基づいて、蓄電池状態の判別値αを決定することもできる。太陽電池11の発電モジュールの構成や、負荷電力の構成に基づいて蓄電池状態の判別値αを決定する。また、(3)蓄電池12の特性に基づいて、蓄電池状態の判別値αを決定することもできる。
<2 関連技術における充放電制御>
ここで、本実施形態との比較のため、関連技術について説明する。関連技術では、蓄電池12の充放電の制御を、太陽電池11の発電電力と、負荷電力との大小関係に基づいて行う。
ここで、本実施形態との比較のため、関連技術について説明する。関連技術では、蓄電池12の充放電の制御を、太陽電池11の発電電力と、負荷電力との大小関係に基づいて行う。
図5は、関連技術における、充放電の制御を示す図である。
図5に示すように、蓄電池12の制御時点における負荷電力P(L,c)と、太陽電池11の太陽光発電電力P(PV,c)とを比較して、負荷電力P(L,c)と、太陽電池11の太陽光発電電力P(PV,c)との大小関係に応じて、放電(P(SB)>0)または充電(P(SB)<0)が実行される。
図5に示すように、蓄電池12の制御時点における負荷電力P(L,c)と、太陽電池11の太陽光発電電力P(PV,c)とを比較して、負荷電力P(L,c)と、太陽電池11の太陽光発電電力P(PV,c)との大小関係に応じて、放電(P(SB)>0)または充電(P(SB)<0)が実行される。
この場合、短期間のうちに太陽光発電電力P(PV,c)と負荷電力P(L,c)との大小関係が入れ替わると、蓄電池12の充放電が頻発することとなり、蓄電池12の寿命が短くなる。
図6は、関連技術における、蓄電池12の充放電の状態を示す図である。なお、図5に示す(1)〜(6)それぞれと、図6に示す時間の(1)〜(6)とが対応している。
図6に示すように、期間(1)〜(2)と、期間(4)〜(5)とにおいて、充電または放電が、図6に示す所定時間(Tbar)より短い期間において行われており、充放電が頻発している。
<3 本実施形態における充放電制御>
次に、図面を用いて、本実施形態における蓄電池12の充放電制御について説明する。
次に、図面を用いて、本実施形態における蓄電池12の充放電制御について説明する。
図7は、本実施形態における、充放電の制御を示す図である。
図8は、本実施形態における、蓄電池12の充放電の状態を示す図である。
図8は、本実施形態における、蓄電池12の充放電の状態を示す図である。
図7では、図5、図6の各期間(1)〜(6)と対応して、充放電制御部23による充放電の判定結果を示している。図7の例では、期間(1)(5)において、放電時間率ε(discharge)が、時間率の基準値ε(ref)よりも小さいため、放電が許可されない。また、期間(2)(4)において、充電時間率ε(charge)が、時間率の基準値ε(ref)よりも小さいため、充電が許可されない。そのため、これら(1)(2)(4)(5)の期間において、蓄電池12は、充放電が停止される。図8に示すように、期間(1)(2)(4)(5)の期間において、蓄電池12の充放電が停止されている。このように、本実施形態では、充放電の頻発を抑制する。
図9は、本実施形態における、充電時間率ε(charge)を算出する処理を示す図である。
予測部24は、所定の時間的間隔(インターバル)に従って、予測期間T(pre)に示される期間後の太陽電池11の発電電力の予測値(太陽光発電電力(未来)P(PV,f))と、負荷電力の予測値(負荷電力(未来)P(L,f))を取得する。図9の例では、インターバルを1分として、予測部24は、予測値を取得する。予測部24が取得した予測値は、記憶部26に記憶される。判定部25は、発電電力の予測値と、負荷電力の予測値との大小関係を判定し、予測値が示す予測対象の時点と対応づけて、記憶部26に記憶させる。このようにして、インターバルに従って、予測部24が取得する予測値と、判定部25の判定結果が記憶部26に記憶される。
充放電制御部23が蓄電池12の充放電の可否を判断する時点(時間T(n+a)において(図9中、”T(pre)後”に示される部分)、予測期間T(pre)に示される期間内(Rn〜R(n+a)の期間)の、予測部24により取得される予測値、および判定部25による判定結果が記憶部26に蓄積されている。
ここで、充放電制御部23は、充放電時間閾値T(bar)に示される期間内(T(pre)以下の期間)における充電時間率ε(charge)を、ε(charge)=T(charge,f)/T(bar)により算出する。充放電制御部23は、算出されたε(charge)を、時間率の基準値ε(ref)と比較する。ε(charge)が、ε(ref)以上であれば、充放電制御部23は、充電を許可すると判定する。
図9の例では、インターバルを1分とし、予測期間T(pre)内に、予測部24の予測値等について、a+1個のデータが記憶部26に記憶されている。図9において、予測期間T(pre)をインターバルで割った値を「a」、充放電時間閾値T(bar)をインターバルで割った値を「b」とし、b=a−1としている。充放電時間閾値T(bar)内に、a個のデータが含まれる。こおで、時間率の基準値ε(ref)=0.8、すなわち、充放電時間閾値T(bar)内において、80%以上が充電状態であれば、充放電制御部23は、充電を許可すると判定し、80%以上でなければ、充放電制御部23は、充電を許可しない。
なお、放電時間率ε(discharge)の算出方法は、以下のとおりである。充放電制御部23は、充放電時間閾値T(bar)内の期間において、放電状態の割合が、時間率の基準値ε(ref)以上であれば、放電を許可する。
図10は、充放電制御部23の動作を示すフローチャートである。図10に示すように、充放電制御部23は、充電時間率ε(charge)または放電時間率ε(discharge)に基づいて、充電または放電を許可し、充放電制御の時点における発電電力および負荷電力の大きさに応じて、蓄電池12の充電または放電を制御する。
ステップS31において、充放電制御部23は、太陽光発電電力(現在)P(PV,c)と、負荷電力(現在)P(L,c)とを検出する。
ステップS33において、充放電制御部23は、予測部24により、予測期間T(pre)先の太陽光発電電力(未来)P(PV,f)と、負荷電力(未来)P(L,f)との予測値を取得する。
ステップS35において、充放電制御部23は、判定部25により、太陽光発電電力(未来)P(PV,f)と、負荷電力(未来)P(L,f)との予測値を比較して大小関係を判定し、判定結果を記憶部26に記憶させる。
ステップS37において、充放電制御部23は、判定部25の判定結果に基づいて、予測期間T(pre)先の蓄電池状態(充電か放電か)を判定する。
ステップS39において、充放電制御部23は、予測期間T(pre)先の蓄電池状態と、記憶部26に記憶される過去の判定部25の判定結果の履歴により、放電時間率ε(discharge)および充電時間率ε(charge)を算出する。
ステップS41において、充放電制御部23は、放電時間率ε(discharge)を、時間の基準値ε(ref)と比較し、ε(discharge)が、ε(ref)以上であるか判定する。ε(discharge)がε(ref)以上であれば(ステップS41:YES)、ステップS43に進み、充放電制御部23は、放電許可フラグF(discharge)をオン(F(discharge)=1)にする。ステップS41において、ε(discharge)がε(ref)を上回らなければ(ステップS41:NO)、ステップS45へ進む。
ステップS45において、充放電制御部23は、充電時間率ε(charge)を、時間の基準値ε(ref)と比較し、ε(charge)が、ε(ref)以上であるか判定する。ε(charge)がε(ref)以上であれば(ステップS45:YES)、ステップS47に進み、充放電制御部23は、充電許可フラグF(charge)をオン(F(charge)=1)にする。ステップS45において、ε(charge)がε(ref)を上回らなければ(ステップS45:NO)、図11のステップS49へ進む。
図11は、充放電制御部23の動作を示すフローチャートである。図10の「S1」と「S2」は、図11の「S1」「S2」とそれぞれ対応する。
ステップS49において、充放電制御部23は、放電許可フラグF(discharge)がオンであるか判定する。ステップS49では、放電が許可されているか判定する。ステップS49において、放電許可フラグF(discharge)がオンの場合(ステップS49:YES)、ステップS51へ進む。
ステップS51において、充放電制御部23は、ステップS31で検出された負荷電力(現在)P(L,c)と太陽光発電電力(現在)P(PV,c)とを比較し、負荷電力(現在)P(L,c)の方が大きく、その差分が蓄電池状態の判別値α以上の場合(ステップS51:YES)、ステップS53へ進み、蓄電池12の放電を実行する。
ステップS51において、負荷電力(現在)P(L,c)と太陽光発電電力(現在)P(PV,c)との差分が蓄電池状態の判別値αよりも小さい場合(ステップS51:NO)、充放電制御部23は、ステップS57へ進み、蓄電池12の放電を停止する。充放電制御部23は、ステップS57において蓄電池12の放電を停止した後、ステップS55へ進み、放電許可フラグF(discharge)をクリアする。
ステップS59において、充放電制御部23は、充電許可フラグF(charge)がオンであるか判定する。ステップS59では、充電が許可されているか判定する。ステップS59において、充電許可フラグF(charge)がオンの場合(ステップS59:YES)、ステップS61へ進む。
ステップS61において、充放電制御部23は、ステップS31で検出された負荷電力(現在)P(L,c)と太陽光発電電力(現在)P(PV,c)とを比較し、太陽光発電電力(現在)P(PV,c)の方が大きく、その差分が蓄電池状態の判別値α以上の場合(ステップS61:YES)、ステップS63へ進み、蓄電池12の充電を実行する。
ステップS61において、負荷電力(現在)P(L,c)と太陽光発電電力(現在)P(PV,c)との差分が蓄電池状態の判別値αよりも小さい場合(ステップS61:NO)、充放電制御部23は、ステップS67へ進み、蓄電池12の充電を停止する。充放電制御部23は、ステップS67において蓄電池12の充電を停止した後、ステップS65へ進み、充電許可フラグF(charge)をクリアする。
充放電制御部23は、以上の処理の後、ステップS31へ戻り、処理を繰り返す。
以上、説明したように、充放電制御部23は、発電電力および負荷電力の予測値に基づいて、短期間で充電と放電が切り替わる場合は、充放電を許可しないよう、充放電の許可を判定する。また、充放電制御部23は、実際に充放電を実施するかを、充放電制御部23の制御時点における発電電力と負荷電力の大小関係に基づいて判断する。これにより、蓄電池の頻繁な充放電を回避することができる。
以上、説明したように、充放電制御部23は、発電電力および負荷電力の予測値に基づいて、短期間で充電と放電が切り替わる場合は、充放電を許可しないよう、充放電の許可を判定する。また、充放電制御部23は、実際に充放電を実施するかを、充放電制御部23の制御時点における発電電力と負荷電力の大小関係に基づいて判断する。これにより、蓄電池の頻繁な充放電を回避することができる。
<4 変形例>
次に、本実施形態の変形例について、説明する。
次に、本実施形態の変形例について、説明する。
<4.1 充放電制御部23を含むシステムの構成例>
上記の実施形態の説明では、充放電制御部23は、DC/DCコンバータ22とともに電力制御部21に含まれるものとして説明している。この他に、充放電制御部23は、外部から蓄電池12を制御することとしてもよい。
上記の実施形態の説明では、充放電制御部23は、DC/DCコンバータ22とともに電力制御部21に含まれるものとして説明している。この他に、充放電制御部23は、外部から蓄電池12を制御することとしてもよい。
図12は、分散型電源システム2の構成を示す図である。図12に示すように、充放電制御部23は、分散型電源システム2の外部にあり、外部からDC/DCコンバータ22の動作を制御することで、蓄電池12の充放電を制御することとしてもよい。DC/DCコンバータ22は、発電電力および負荷電力の予測値を取得するための予測部24を含まない構成である。なお、図12〜図14において、充放電制御部23は、予測部24、判定部25、記憶部26を含んでいる。
図13は、変形例における発電システム1の構成を示す図である。図13に示すように、電力制御部21は、DC/ACコンバータ14と充放電制御部23とを含む構成としてもよい。充放電制御部23は、予測部24を含み、発電電力および負荷電力に基づいて、DC/ACコンバータ14の動作を制御することで、蓄電池12の充放電を制御することとしてもよい。
図14は、分散型電源システム3の構成を示す図である。図14に示すように、充放電制御部23は、分散型電源システム3の外部にあり、外部からDC/ACコンバータ14の動作を制御することで、蓄電池12の充放電を制御することとしてもよい。DC/ACコンバータ14は、発電電力および負荷電力の予測値を取得するための予測部24を含まない構成である。
<4.2 充放電の判定結果が連続する期間に応じた充放電制御>
判定部25は、発電電力および負荷電力の予測値の大小関係を判定する。この判定結果は、蓄電池12が放電状態となるか充電状態となるかを示している。変形例では、充放電制御部23は、その放電状態または充電状態の判定結果が連続する期間に応じて、蓄電池12の充放電を制御することとしてもよい。
判定部25は、発電電力および負荷電力の予測値の大小関係を判定する。この判定結果は、蓄電池12が放電状態となるか充電状態となるかを示している。変形例では、充放電制御部23は、その放電状態または充電状態の判定結果が連続する期間に応じて、蓄電池12の充放電を制御することとしてもよい。
図15は、充放電制御部23による充放電制御を示す図である。図15に示すように、上記実施形態では、充放電時間閾値T(bar)に示される期間と、この充放電時間閾値T(bar)の期間内において充電と予測される充電時間(未来)T(charge,f)の長さ、この充放電時間閾値T(bar)の期間内において放電と予測される放電時間(未来)T(discharge,f)と、時間率の基準値ε(ref)等に基づいて、充放電制御部23が充放電を許可すると説明した。この他に、蓄電池12が充電状態または放電状態と予測される期間の長さに基づいて、充放電制御部23は、充放電を許可するとしてもよい。
図16は、充電状態または放電状態の長さに応じて、充放電制御部23が充放電を制御することを示す図である。図16に示すように、充放電制御部23は、充放電時間閾値T(bar)に示される期間内において、蓄電池12が充電状態(図16では「1:充電状態」)か、放電状態(図16では「0:放電状態」と示す)が連続している期間が、一定期間連続している場合に、充放電を許可することとしてもよい。
例えば、図16に示すように、判定部25の判定結果のうち、充放電制御部23の充放電の制御時点に近い判定結果を用いることとしてもよい。充放電制御部23は、充放電制御部23の制御時点に後続する、判定部25の判定結果の履歴を用いて、充電状態または放電状態が一定期間連続する場合に、充放電制御部23は、充電または放電を許可する。また、充放電制御部23は、上記実施形態の説明のように、充電時間率ε(charge)または放電時間率ε(discharge)と、時間率の基準値ε(ref)との比較結果に加えて、充電状態または放電状態が連続する期間が一定期間を超えるかにより、充放電を許可することとしてもよい。
<4.3 充放電制御部23の制御時点と予測時点との差に応じた重みづけ>
別の変形例として、充放電制御部23は、充放電の制御の時点と、発電電力および負荷電力の予測値の予測対象の時点との差に応じて、重みづけをすることとしてもよい。例えば、蓄電池12の充電状態または放電状態の判定結果について、充放電制御部23の充放電の制御の時点に近いものを重視するよう重みづけすることとしてもよい。
別の変形例として、充放電制御部23は、充放電の制御の時点と、発電電力および負荷電力の予測値の予測対象の時点との差に応じて、重みづけをすることとしてもよい。例えば、蓄電池12の充電状態または放電状態の判定結果について、充放電制御部23の充放電の制御の時点に近いものを重視するよう重みづけすることとしてもよい。
図17は、充放電制御部23の制御時点と、予測対象の時点との差に応じた重みづけを示す図である。
図17に示すように、「w」を重み値として設定する。「Tf」を、充放電制御部23の制御時点から、予測値の予測対象の時点までの期間とする。重み値「w」の定義を、図17に示すように、w = − Tf/T(bar) + 1 (0≦Tf≦T(bar)) とする。
図18は、重みづけによる評価値の算出を示す図である。
図18に示すように、重みづけを考慮して、充放電制御部23は、放電評価値S(discharge)および充電評価値S(charge)を算出する。すなわち、充放電制御部23の制御時点から、予測値の予測対象の時点までの期間に応じて、充放電制御部23は、重み値「w」を算出する。この重み値「w」を基に、予測対象の時点が充電状態であれば、充電評価値S(charge)に、算出された重み値「w」を加算する。また、予測対象の時点が放電状態であれば、放電評価値S(discharge)に、算出された重み値「w」を加算する。その後、充放電制御部23は、後続する予測値についても同様に重み値「w」を算出し、予測対象の時点が充電状態か放電状態であるかに応じて、充電評価値S(charge)または放電評価値S(discharge)に、重み値「w」を加算する。
図18に示すように、重みづけを考慮して、充放電制御部23は、放電評価値S(discharge)および充電評価値S(charge)を算出する。すなわち、充放電制御部23の制御時点から、予測値の予測対象の時点までの期間に応じて、充放電制御部23は、重み値「w」を算出する。この重み値「w」を基に、予測対象の時点が充電状態であれば、充電評価値S(charge)に、算出された重み値「w」を加算する。また、予測対象の時点が放電状態であれば、放電評価値S(discharge)に、算出された重み値「w」を加算する。その後、充放電制御部23は、後続する予測値についても同様に重み値「w」を算出し、予測対象の時点が充電状態か放電状態であるかに応じて、充電評価値S(charge)または放電評価値S(discharge)に、重み値「w」を加算する。
充放電制御部23は、図18に示す式に従って、充電評価値η(charge)または放電評価値η(discharge)を算出する。充電評価値η(charge)は、充電評価値S(charge)と放電評価値S(discharge)との合計のうち、充電評価値S(charge)の割合を示す。放電評価値η(discharge)は、充電評価値S(charge)と放電評価値S(discharge)との合計のうち、放電評価値S(discharge)の割合を示す。
図19は、重みづけを行って充放電制御部23が充放電を制御する処理を示す図である。
図19に示すように、充放電制御部23は、充電評価値η(charge)または放電評価値η(discharge)を、評価値の基準値η(ref)と比較することで、充放電を許可する。図19の例では、充電評価値η(charge)が、評価値の基準値η(ref)以上と判定されることで、充放電制御部23が充放電を許可する。
このように各実施形態について説明してきたが、これら実施形態を組み合わせてもよいことはいうまでもない。また、本発明は、上記実施形態に示す動作を充放電制御部23に実行させるためのプログラムでもある。例えば、図1の例では、電力制御部21が、プロセッサ、メモリを含み、プログラムに従ってプロセッサが動作することで充放電制御部23の機能を発揮し、DC/DCコンバータ22を制御する。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。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ないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ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。
1 発電システム、2 分散型電源システム、11 太陽電池、12 蓄電池、13 DC/DCコンバータ、14 DC/ACコンバータ、15 家庭機器、16 電力系統、21 電力制御部、22 DC/DCコンバータ、23 充放電制御部、24 予測部、25 判定部、26 記憶部。
Claims (15)
- 発電システムにおける蓄電池の充放電を制御する電力制御装置であって、
発電電力の予測手法および負荷電力の予測手法に基づいて計算される、発電電力および負荷電力の予測値を、逐次、取得する予測部と、
前記予測部により取得される前記発電電力の予測値と前記負荷電力の予測値の、予測対象の時点における大小関係を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果を、前記予測対象の時点と対応づけて、履歴として記憶するための記憶部と、
前記記憶部に記憶される、所定期間内における前記判定結果の複数件の履歴のうち、前記大小関係の判定結果の少なくともいずれかの割合に基づいて、前記蓄電池の充放電を制御する制御部とを含む、
電力制御装置。 - 前記制御部は、前記蓄電池の充放電の制御時点以降の所定期間内における前記判定結果の履歴に基づいて、前記充放電を制御する、
請求項1記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記所定期間内に含まれる前記判定結果の履歴において、前記負荷電力の予測値が大きいと判定された期間の占める割合、または、前記発電電力の予測値が大きいと判定された期間の割合のうち少なくともいずれかと、所定の閾値とを比較することにより、前記蓄電池の充放電を制御する、
請求項1記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記所定期間内に含まれる前記判定結果の履歴において、当該履歴に示される総判定回数のうち前記負荷電力の予測値が大きいと判定された回数の割合、または、総判定回数のうち前記発電電力の予測値が大きいと判定された回数の割合のうち少なくともいずれかいずれかと、所定の閾値とを比較することにより、前記蓄電池の充放電を制御する、
請求項3記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記所定期間内に含まれる前記判定結果の履歴において、前記負荷電力の予測値が大きいと判定された期間の割合が、所定の閾値を上回る場合は、前記蓄電池の放電を許可し、所定の閾値に達しない場合は、前記蓄電池の放電を許可しないよう制御する、
請求項3記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記蓄電池の放電を許可した場合において、前記充放電の制御時点における負荷電力の測定値と、前記充放電の制御時点における発電電力の測定値との比較結果に応じて放電を実行する、
請求項5記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記所定期間内に含まれる前記判定結果の履歴において、前記発電電力の予測値が大きいと判定された期間の割合が、所定の閾値を上回る場合は、前記蓄電池の充電を許可し、所定の閾値に達しない場合は、前記蓄電池の充電を許可しないよう制御する、
請求項3記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記蓄電池の充電を許可した場合において、前記充放電の制御時点における負荷電力の測定値と、前記充放電の制御時点における発電電力の測定値との比較結果に応じて充電を実行する、
請求項7記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記所定期間内における前記判定結果の履歴において、前記大小関係の判定結果が同一のものが連続する期間の長さに基づいて、前記蓄電池の充放電を制御する、
請求項3記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記所定期間内における前記判定結果の履歴において、前記蓄電池の充放電の制御時点に後続する時点の判定結果について、前記大小関係の判定結果が同一のものが所定期間連続している場合、当該判定結果に対応して前記蓄電池の充放電を制御する、
請求項9記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記蓄電池の充放電の制御時点に後続する時点の前記判定結果の履歴において、前記大小関係の判定結果が同一のものが所定期間連続している場合、当該判定結果に対応して前記蓄電池の充放電を制御する、
請求項1記載の電力制御装置。 - 前記制御部は、前記所定期間内における判定結果の履歴のうち、前記蓄電池の充放電の制御時点との時間差に応じて、判定結果に重みづけをし、前記重みづけの結果に基づいて、前記蓄電池の充放電を制御する、
請求項1記載の電力制御装置。 - 前記記憶部は、
前記発電システムにおいて発電される発電電力の実績値と、前記発電システムにおいて消費される負荷電力の実績値とを記憶するためのものであり、
前記予測部は、前記予測手法と、前記記憶部に記憶される発電電力の実績値および負荷電力の実績値とに基づいて発電電力および負荷電力の予測値を算出することにより、前記予測値を逐次取得する、
請求項1から12のいずれかに記載の電力制御装置。 - 発電システムにおける蓄電池の充放電を制御する電力制御装置の電力変換の方法であって、
前記電力制御装置に、発電電力の予測手法および負荷電力の予測手法に基づいて計算される、発電電力および負荷電力の予測値を、逐次、取得させるステップと、
前記電力制御装置に、前記発電電力の予測値と前記負荷電力の予測値の、予測対象の時点における大小関係を判定させるステップと、
前記電力制御装置に、前記判定結果を、前記予測対象の時点と対応づけて、履歴として記憶させるステップと、
前記電力制御装置に、前記記憶される、所定期間内における前記判定結果の複数件の履歴のうち、前記大小関係の判定結果の少なくともいずれかの割合に基づいて、前記蓄電池の充放電を制御させるステップとを含む、
方法。 - 発電システムにおける蓄電池の充放電を制御する電力制御装置の電力変換の動作を制御するプログラムであって、前記電力制御装置は、プロセッサと、メモリとを含み、
前記プログラムは、
発電電力の予測手法および負荷電力の予測手法に基づいて計算される、発電電力および負荷電力の予測値を、逐次、前記プロセッサにより取得するステップと、
前記発電電力の予測値と前記負荷電力の予測値の、予測対象の時点における大小関係を前記プロセッサにより判定するステップと、
前記判定結果を、前記予測対象の時点と対応づけて、履歴として前記プロセッサが前記メモリに記憶させるステップと、
前記メモリに記憶される、所定期間内における前記判定結果の複数件の履歴のうち、前記大小関係の判定結果の少なくともいずれかの割合に基づいて、前記プロセッサにより前記蓄電池の充放電を制御するステップとを含む、
プログラム。
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