JP2015192509A - 電力管理装置および電力管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】系統電圧が規定電圧を超える際に、電圧上昇抑制の度合いを考慮することにより、単純に発電電力を抑制するよりも経済的な運用を行う。【解決手段】電力管理方法は、系統電圧が規定電圧を超える際に、発電電圧が前記規定電圧を超えないように発電電力を抑制した後の電力である抑制電力を売電した場合に得られる売電価格と、前記抑制を行わない発電電力に相当する発電相当電力を買電する場合に必要となる買電価格とを比較判定する判定ステップと、前記判定ステップによる判定結果に応じて異なる制御を行う制御ステップと、を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、発電装置により得られた発電電力を管理する電力管理装置および電力管理方法に関する。

従来、太陽電池などの発電装置により得られた電力を商用電力系統（以下、「系統」と称する）に連系するパワーコンディショナが知られている。パワーコンディショナは、出力電圧が系統電圧よりも高くなるよう調節することにより、発電電力を系統へ逆潮流させる（売電する）ことができる。しかし、電気事業法において系統電圧の規定値が規定されているため、系統電圧が規定値を超える場合にはパワーコンディショナの電圧上昇抑制機能が働き、発電電力が抑制される。

そこで、電圧上昇抑制時には、発電電力を蓄電装置に充電させ、発電電力を無駄なく利用できるようにした発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、過去に電圧上昇抑制が生じた際の系統側電圧変動状況、日時、外気温、気象状況等の履歴データと、現在の系統側電圧変動状況、日時、外気温、気象状況等の現在データとに基づいて電圧上昇抑制の発生の有無を予測し、電圧上昇抑制が発生すると予測した場合に、発電電力を蓄電装置に充電する発電システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３−１７２４９５号公報 特開２０１１−１７２３３４号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載の発電システムにおいては、系統電圧が規定値を超える、あるいは超えると予測される場合には、発電電力の抑制度合いにかかわらず、発電電力を蓄電装置に充電していた。発電電力の抑制度合いを考慮した電力制御を行うことにより、更に経済的な運用を行うことができると考えられる。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、系統電圧が規定電圧を超える際に、電圧上昇抑制の度合いを考慮することにより、単純に発電電力を抑制するよりも経済的な運用を行うことが可能な電力管理装置および電力管理方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る電力管理方法は、発電装置により得られた発電電力の系統への逆潮流および蓄電装置への充電を制御する電力管理方法であって、系統電圧が規定電圧を超える際に、発電電圧が前記規定電圧を超えないように発電電力を抑制した後の電力である抑制電力を売電した場合に得られる売電抑制価格と、前記抑制を行わない発電電力に相当する発電相当電力を買電する場合に必要となる買電相当価格とを比較判定する判定ステップと、前記判定ステップによる判定結果に応じて異なる制御を行う制御ステップと、を含むことを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力管理方法において、前記制御ステップは、前記判定ステップにて、前記売電抑制価格のほうが前記買電相当価格よりも高いと判定された場合には、前記抑制電力を系統へ逆潮流させ、前記買電相当価格のほうが前記売電抑制価格よりも高いと判定された場合には逆潮流を行わず、前記蓄電装置に前記発電電力を充電させることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力管理方法において、前記発電相当電力は、前記発電電力を前記蓄電装置の充放電効率で割った電力であることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力管理方法において、前記制御ステップは、前記蓄電装置に充電させる際に空き容量不足により充電できない発電電力が発生した場合、該発電電力を抑制して系統へ逆潮流させることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力管理方法において、前記系統電圧が前記規定電圧を超えると予め予想される場合には、前記蓄電装置が所定の空き容量を有するように充電量を制御するステップを更に含むことを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力管理方法において、前記蓄電装置に充電させる際に空き容量不足により充電できなかった発電電力が存在する場合、充電できなかった発電電力に関する情報を出力するステップを更に含むことを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力管理方法において、前記充電できなかった発電電力に関する情報は、充電できなかった電力量、または充電できなかったことによる損失額を含むことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力管理装置は、発電装置により得られた発電電力の系統への逆潮流および蓄電装置への充電を制御する電力管理装置であって、 発電装置により得られた発電電力を系統へ逆潮流させる売電制御部と、前記発電電力を系統へ逆潮流させる際に、発電電圧が系統電圧の規定電圧を超えないように抑制する電圧上昇抑制制御部と、蓄電装置に対する充電および放電を制御する充放電制御部と、前記系統電圧が規定電圧を超える際に、前記電圧上昇抑制制御部により抑制した後の電力である抑制電力を売電した場合に得られる売電抑制価格と、前記抑制を行わない発電電力に相当する発電相当電力を買電する場合に必要となる買電相当価格とを比較判定する判定部とを備え、前記判定部による判定結果に応じて異なる制御を行うことを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力管理装置において、前記判定部にて、前記売電抑制価格のほうが前記買電相当価格よりも高いと判定された場合には、前記売電制御部により前記抑制電力を系統へ逆潮流させ、前記買電相当価格のほうが前記売電抑制価格よりも高いと判定された場合には逆潮流を行わず、前記充放電制御部により前記蓄電装置に前記発電電力を充電させることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電力管理装置において、前記発電相当電力は、前記発電電力を前記蓄電装置の充放電効率で割った電力であることを特徴とする。

本発明によれば、系統電圧が規定電圧を超える際に、電圧上昇抑制の度合いを考慮することにより、単純に発電電力を抑制するよりも経済的な運用を行うことができるようになる。

本発明の一実施形態に係る電力管理装置を備える発電システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電力管理装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電力管理装置による売電／充電の判定例を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る電力管理方法を示すフローチャートである。

以下、本発明による実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力管理装置を備える発電システムの構成例を示すブロック図である。図１に示すように、発電システムは、電力管理装置１と、発電装置２と、パワーコンディショナ３と、分電盤４と、電圧検出器６と、蓄電装置７とを備える。

発電装置２は、直流電力を発電し、パワーコンディショナ３に出力する。発電装置２は、例えば太陽光を直流電力に変換する複数の太陽電池モジュールを直列接続した太陽電池ストリング、風力発電機または燃料電池などの分散型電源である。

パワーコンディショナ３は、発電装置２から入力される直流電力を昇圧し、蓄電装置７に出力する。また、パワーコンディショナ３は、発電装置２から入力される直流電力を交流電力に変換し、分電盤４を介して系統（商用電力系統）５に連系して連系運転を行う。

パワーコンディショナ３は、発電装置２により得られる発電電力の全てを、分電盤４を介して系統５へ逆潮流（売電）することができる。また、パワーコンディショナ３は、発電装置２により得られる発電電力よりも使用する負荷機器８により消費される電力のほうが大きい場合には、系統５から分電盤４を介して不足電力を順潮流（買電）し、発電装置２により得られる発電電力のほうが使用する負荷機器８により消費される電力よりも大きい場合には、余剰電力を分電盤４を介して系統５へ逆潮流（売電）することもできる。パワーコンディショナ３は、出力電圧を系統電圧よりも高くなるように制御することにより電力を系統５へ逆潮流し、出力電圧を系統電圧よりも低くなるように制御することにより系統５から電力を順潮流する。

パワーコンディショナ３は、系統電圧が規定電圧を超えると、電圧上昇抑制を行い、パワーコンディショナ３の出力電圧を抑制する。例えば、電圧よりも電流の位相を進めて有効電力を減らしたり、あるいは発電装置２から出力される電圧を調整したりすることにより、パワーコンディショナ３の出力電力を抑制する。電圧上昇抑制を行うと、発電電力も抑制されることになる。

分電盤４は、系統５および蓄電装置７から供給される電力を分岐させて負荷機器８に分配する。また、分電盤４は負荷機器８の電力消費量を計測し、電力管理装置１に通知する。なお、図１には負荷機器８を便宜上１つのみ示しているが、分電盤４には１以上の負荷機器８が接続される。

電力管理装置１は、管理対象によりＨＥＭＳ（Home Energy Management System）、ＢＥＭＳ（Building Energy Management System）、ＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）、ＣＥＭＳ（Community Energy Management System）と称される。電力管理装置１は、電圧検出器６により系統電圧を監視し、発電装置２により得られた発電電力の系統５への逆潮流および蓄電装置７への充電を制御する。また、負荷機器８の動作を制御できるようにしてもよい。

蓄電装置７は、発電装置２により得られた発電電力を充電する。また、料金の安い夜間に系統５から買電した電力を充電することもできる。また、蓄電装置７は、放電することにより電力を分電盤４を介して負荷機器８へ供給する。

図２は、本発明の一実施形態に係る電力管理装置１の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、電力管理装置１は、売電／充電判定部１１と、電圧上昇抑制制御部１２と、売電制御部１３と、充放電制御部１４と、情報出力部１５と、表示部１６と、通信部１７とを備える。

売電／充電判定部１１は、電圧検出器６によって検出された系統電圧値を入力し、系統電圧が規定電圧を超える際に、電圧上昇抑制により抑制した後の電力である抑制電力を売電した場合に得られる売電価格（売電抑制価格）と、抑制を行わない発電電力に相当する発電相当電力を買電する場合に必要となる買電価格（買電相当価格）とを比較判定する。

売電抑制価格の１キロワット時あたりの単価である売電抑制単価は、売電単価に出力率を乗じた値となる。出力率とは、電圧上昇抑制を行わない場合の発電電力に対する電圧上昇抑制後の電力の割合、すなわち、（電圧上昇抑制後の出力電力）÷（電圧上昇抑制を行わない場合の発電電力）のことをいう。

買電相当価格を算出するにあたり、蓄電装置７に充電した電力を放電させる際の充放電効率を考慮するのが好適である。充放電効率を考慮すると、買電相当価格の１キロワット時あたりの単価である買電相当単価は、買電単価を蓄電装置の充放電効率で割った値となる。

図３は、電力管理装置１による売電／充電の判定例を説明する図である。この図に示す例では、買電単価を２３円／１ｋＷｈ、売電単価を３７円／１ｋＷｈ、蓄電装置７の充放電効率を０．８とする。この場合、買電相当単価は、２３／０．８＝２８．７５円／１ｋＷｈとなる。発電電力量を１０ｋＷｈとすると、出力率が１００％の場合、つまり電圧上昇抑制制御を行わない場合は１時間あたりの売電価格は３７０円となり、出力率が７５％の場合は１時間あたりの売電抑制価格は２７７．５円となり、出力率が５０％の場合は１時間あたりの売電価格は１８５円となる。また、１０ｋＷｈの電力量の買電価格は２８７．５円となる。売電抑制価格のほうが買電相当価格よりも高い場合には、抑制電力を売電するほうが発電電力を充電するよりも利益があるといえる。一方、買電相当価格のほうが売電抑制価格よりも高い場合には、発電電力を充電するほうが抑制電力を売電するよりも利益があるといえる。

そのため、売電／充電判定部１１は、売電抑制価格のほうが買電相当価格よりも高いと判定した場合には、売電制御部１３により抑制電力を系統５へ逆潮流させる（売電を継続する）。一方、買電相当価格のほうが売電抑制価格よりも高いと判定した場合には、逆潮流を行わずに、充放電制御部１４により蓄電装置７に発電電力を充電させる。図３に示す例では、売電抑制単価が２８．７５円以上（出力率が７７．７％以上）であれば抑制電力を系統５へ逆潮流させ、売電抑制単価が２８．７５円未満（出力率が７７．７％未満）であれば蓄電装置７に発電電力を充電させる。

電圧上昇抑制制御部１２は、売電／充電判定部１１が抑制電力を系統５へ逆潮流させると決定した場合に、発電電圧が系統電圧の規定電圧を超えないように、通信部１７を介してパワーコンディショナ３に電圧上昇抑制指示を行う。本明細書において、発電電圧とは、系統５に連係されるパワーコンディショナ３の出力電圧のことをいう。

売電制御部１３は、売電／充電判定部１１が抑制電力を系統５へ逆潮流させると決定した場合に、抑制電力を系統５へ逆潮流させるように、通信部１７を介してパワーコンディショナ３に売電指示を行う。

充放電制御部１４は、売電／充電判定部１１が蓄電装置７に発電電力を充電させると決定した場合に、通信部１７を介して蓄電装置７に充電指示を行う。また、蓄電装置７の空き容量不足により充電できない電力が発生した場合には、通信部１７を介して蓄電装置７に放電指示を行う。

情報出力部１５は、発電電力量、消費電力量、売電電力量、買電電力量、これらの電力量の電気料金換算値などの情報を表示部１６に出力する。また、情報出力部１５は、蓄電装置７に充電させる際に空き容量不足により充電できなかった発電電力が存在する場合、充電できなかった発電電力に関する情報を表示部１６に出力する。充電できなかった発電電力に関する情報とは、例えば、充電できなかった電力量、または充電できなかったことによる損失額などである。

なお、上述した電力管理装置１の一部または全ての機能をパワーコンディショナ３が備えてもよい。また、表示部１６は電力管理装置１の外部に設けられてもよく、表示部１６に表示させる情報は、パソコンのディスプレイにも表示できるようにしてもよい。

図４は、電力管理装置１による電力管理方法を説明するフローチャートである。電力管理装置１は、売電／充電判定部１１にて系統電圧を監視し、系統電圧が規定電圧を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。系統電圧が規定電圧を超えない場合は（ステップＳ１０１−Ｎｏ）、売電制御部１３にて発電装置２により得られる発電電力を系統５へ逆潮流するように制御する（ステップＳ１０２）。なお、図４に示すフローチャートにおいて、売電／充電は、発電電力の全てを売電／充電してもよいし、余剰電力のみを売電／充電してもよい。

電力管理装置１は、系統電圧が規定電圧を超える場合（ステップＳ１０１−Ｙｅｓ）、売電／充電判定部１１にて、発電電圧が規定電圧を超えないように発電電力を抑制した後の電力である抑制電力を売電した場合に得られる売電抑制価格と、抑制を行わない発電電力に相当する発電相当電力を買電する場合に必要となる買電相当価格とを比較判定する。例えば、売電単価×出力率≧買電単価／充放電効率となるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

売電抑制価格が買電相当価格以上である場合には（ステップＳ１０３−Ｙｅｓ）、電圧上昇抑制制御部１２にて、パワーコンディショナ３に電圧上昇抑制指示を行い、電圧上昇抑制制御を行った後に、売電制御部１３にて抑制電力を系統５へ逆潮流するように制御する（ステップＳ１０４）。一方、売電抑制価格が買電相当価格未満である場合には（ステップＳ１０３−Ｎｏ）、電圧上昇抑制制御は行わず、充放電制御部１４にて、発電電力を蓄電装置７に充電するように制御する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０２またはステップＳ１０４で売電を行うと、情報出力部１５にて売電により得られた価値情報を表示部１６に表示させる（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０６で充電を行うと、充放電制御部１４にて発電電力を蓄電装置７に全て充電できたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。充電しようとした発電電力を全て蓄電装置７に充電できた場合（ステップＳ１０７−Ｙｅｓ）、情報出力部１５にて充電により得られた価値情報を出力し、表示部１６に表示させる（ステップＳ１０８）。

一方、蓄電装置７の充電量が満充電になり、充電させることができない発電電力が存在する場合には（ステップＳ１０７−Ｎｏ）、電圧上昇抑制制御を行った後に、充電できなかった電力を売電する（ステップＳ１０９）。そして、充電できなかったことにより失った価値情報を表示する（ステップＳ１１０）。また、充電させることができない発電電力が存在する場合には、先にエアコンなどの負荷機器８を動作させることによって放電し、空いた容量に充電させるようにしてもよい。

次に、電力管理装置１は次回の充電に備えて準備すべき空き容量を算出し、放電制御を行う（ステップＳ１１１）。例えば、過去の実績と明日の天気予報から、明日、系統電圧が規定電圧を超える状況が発生すると予想される場合には、蓄電装置７を放電させる。

蓄電装置７に対して放電制御を行った場合には、情報出力部１５にて放電制御を行った旨のメッセージを表示部１６に表示させる（ステップＳ１１２）。その際、放電電力量をあわせて表示してもよい。なお、手動で蓄電装置７を放電させることもでき、その場合には、放電量が所定の値に達したときに情報出力部１５にて警告メッセージを表示部１６に表示させる（ステップＳ１１２）。買電した電力を充電すると、余剰電力を売電するよりも金額的には損であるから、放電し過ぎないよう警告することで損失発生を未然に防止することができる。

このように、本発明では、系統電圧が規定電圧を超える際に、抑制電力を売電した場合に得られる売電抑制価格と、抑制を行わない発電電力に相当する発電相当電力を買電する場合に必要となる買電相当価格とを比較判定し、判定結果に応じて異なる制御を行うため、単純に電圧上昇抑制制御により発電電圧および発電電力を抑制するよりも、経済的な運用を行うことができるようになる。

また、本発明では、価値情報を出力することにより、発電電力を売電と充電にどのように振り分けるかを判断した根拠を示すことができる。価値情報を電力量で表示、またはデータ蓄積することで過去との効果比較を定量的に判断することができる。また、価値情報を金額で表示することでユーザは利益度を評価し、振り分けの効果を把握することができる。電気料金が高騰した場合など、電力量では損失に変化が生じないが、金額で有れば損失の変化が判るので、早期対応が可能となる。

また、本発明では、蓄電装置７に発電電力を充電させる際に、蓄電装置７の空き容量不足により充電できない発電電力が発生した場合に、該発電電力を抑制して系統へ逆潮流させることにより、充電できなかったことによる損失を最小限に抑えることができる。

また、本発明では、充電時に蓄電装置７の空き容量が不足して充電できない発電電力が発生した場合に、充電できなかった発電電力に関する情報を出力してもよい。この情報を基に、ユーザの手動、または自動で蓄電装置７の空き容量の設定を調整することができる。また、天気予報などから、系統電圧が規定電圧を超えることが予め予想される場合には、蓄電装置７が所定の空き容量を有するように充電量を制御してもよい。これにより、充電できないことによる損失が発生する可能性を低減させることができる。

上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

１ 電力管理装置
２ 発電装置
３ パワーコンディショナ
４ 分電盤
５ 系統
６ 電圧検出器
７ 蓄電装置
８ 負荷機器
１１ 売電／充電判定部
１２ 電圧上昇抑制制御部
１３ 売電制御部
１４ 充放電制御部
１５ 情報出力部
１６ 表示部
１７ 通信部

Claims (10)

1. 発電装置により得られた発電電力の系統への逆潮流および蓄電装置への充電を制御する電力管理方法であって、
   系統電圧が規定電圧を超える際に、発電電圧が前記規定電圧を超えないように発電電力を抑制した後の電力である抑制電力を売電した場合に得られる売電抑制価格と、前記抑制を行わない発電電力に相当する発電相当電力を買電する場合に必要となる買電相当価格とを比較判定する判定ステップと、
   前記判定ステップによる判定結果に応じて異なる制御を行う制御ステップと、
   を含むことを特徴とする電力管理方法。
2. 前記制御ステップは、前記判定ステップにて、前記売電抑制価格のほうが前記買電相当価格よりも高いと判定された場合には、前記抑制電力を系統へ逆潮流させ、前記買電相当価格のほうが前記売電抑制価格よりも高いと判定された場合には逆潮流を行わず、前記蓄電装置に前記発電電力を充電させることを特徴とする、請求項１に記載の電力管理方法。
3. 前記発電相当電力は、前記発電電力を前記蓄電装置の充放電効率で割った電力であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電力管理方法。
4. 前記制御ステップは、前記蓄電装置に充電させる際に空き容量不足により充電できない発電電力が発生した場合、該発電電力を抑制して系統へ逆潮流させることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電力管理方法。
5. 前記系統電圧が前記規定電圧を超えると予め予想される場合には、前記蓄電装置が所定の空き容量を有するように充電量を制御するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力管理方法。
6. 前記蓄電装置に充電させる際に空き容量不足により充電できなかった発電電力が存在する場合、充電できなかった発電電力に関する情報を出力するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電力管理方法。
7. 前記充電できなかった発電電力に関する情報は、充電できなかった電力量、または充電できなかったことによる損失額を含むことを特徴とする、請求項６に記載の電力管理方法。
8. 発電装置により得られた発電電力の系統への逆潮流および蓄電装置への充電を制御する電力管理装置であって、
   発電装置により得られた発電電力を系統へ逆潮流させる売電制御部と、
   前記発電電力を系統へ逆潮流させる際に、発電電圧が系統電圧の規定電圧を超えないように抑制する電圧上昇抑制制御部と、
   蓄電装置に対する充電および放電を制御する充放電制御部と、
   前記系統電圧が規定電圧を超える際に、前記電圧上昇抑制制御部により抑制した後の電力である抑制電力を売電した場合に得られる売電抑制価格と、前記抑制を行わない発電電力に相当する発電相当電力を買電する場合に必要となる買電相当価格とを比較判定する判定部とを備え、
   前記判定部による判定結果に応じて異なる制御を行うことを特徴とする電力管理装置。
9. 前記判定部にて、前記売電抑制価格のほうが前記買電相当価格よりも高いと判定された場合には、前記売電制御部により前記抑制電力を系統へ逆潮流させ、前記買電相当価格のほうが前記売電抑制価格よりも高いと判定された場合には逆潮流を行わず、前記充放電制御部により前記蓄電装置に前記発電電力を充電させることを特徴とする、請求項８に記載の電力管理装置。
10. 前記発電相当電力は、前記発電電力を前記蓄電装置の充放電効率で割った電力であることを特徴とする、請求項８または９に記載の電力管理装置。
    

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