JP2015213389A - 蓄電池の運用方法および電力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽光発電などの自家発電電力と蓄電池とを連携して、発電電力を有効に活用する。【解決手段】商用系統電力網と自家発電装置と蓄電池と負荷とに接続された電力制御装置における、蓄電池の運用方法であって、記憶部に格納された過去の自家発電装置の発電電力の予測誤差および負荷の消費電力の予測誤差を評価して、翌日の発電電力の予測値および消費電力の予測値を、それぞれ補正して、補正された発電電力の予測値と消費電力の予測値との差分電力に基づいて、夜間に充電する蓄電池の充電電力量を計算する。【選択図】図1
Description
本発明は、蓄電池の運用方法および電力制御装置に関し、より詳細には、系統電力と自家発電電力とを利用する需要家において、発電電力を有効に活用するため蓄電池の運用方法および電力制御装置に関する。
従来、商用系統電力と自家発電電力とを利用する需要家において、例えば、太陽光発電と蓄電池とを連携して、負荷に電力を供給する方法が提案されてきた。例えば、商用系統との契約電力を削減して、基本料金を削減することを目的として、商用系統からの受電電力が一定値を超えないように蓄電池を運用する方法が知られている。また、商用系統の安価な夜間電力を蓄電池に蓄電し、日中の消費電力の内、太陽電池の発電電力で賄えない分を蓄電池からの放電により補う方法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
町田定之、他、「太陽電池・蓄電池を利用した負荷平準化システムの導入効果」、電気学会論文誌B、123巻1号、pp.37-46、2003年
工藤満、他、「エネルギーネットワークにおける太陽光発電予測技術」、電気学会論文誌B、127巻7号、pp.847-853、2007年
石田隆張、他、「ニューラルネットを用いた翌日電力需要予測」、電気学会論文誌B、114巻11号、pp.1109-1115、1994年
しかしながら、従来の方法は、太陽光発電の発電電力が負荷の消費電力よりも小さいことを前提としている。そのため、太陽光発電の発電電力が負荷の消費電力よりも大きい時間帯がある場合、太陽電池が発電した余剰電力を効率的に蓄電池に充電することができないという問題があった。
本発明の目的は、太陽光発電などの自家発電電力と蓄電池とを連携して、発電電力を有効に活用するため蓄電池の運用方法および電力制御装置を提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、商用系統電力網と自家発電装置と蓄電池と負荷とに接続された電力制御装置における、前記蓄電池の運用方法であって、前記自家発電装置の発電電力と前記負荷の消費電力とを予測して、発電電力の予測値と消費電力の予測値とを取得すること、予測された日の前記自家発電装置の発電電力と前記負荷の消費電力とを計測して、発電電力の実測値と消費電力の実測値とを取得すること、一定時間ごとに、前記発電電力の予測値と前記発電電力の実測値との予測誤差、および前記消費電力の予測値と前記消費電力の実測値との予測誤差を算出し、記憶部に格納すること、前記記憶部に格納された過去の発電電力の予測誤差および消費電力の予測誤差を評価して、翌日の発電電力の予測値および消費電力の予測値を、それぞれ補正すること、および補正された発電電力の予測値と消費電力の予測値との差分電力に基づいて、夜間に充電する前記蓄電池の充電電力量を計算することを備えたことを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、夜間に充電する蓄電池の充電電力量を、より正確に計算することができ、昼間の余剰電力を充電できるだけの蓄電池の空き容量を確保する一方、負荷が増大しても蓄電池からの放電により賄うことができるので、太陽光発電などの自家発電電力と蓄電池とを連携して、発電電力を有効に活用することが可能となる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。ここでは、発電電力、消費電力など電力は瞬時電力(kW)を意味し、発電量、充電量などは電力量(kWh)を意味する。本実施形態では、自家発電電力として、太陽光発電を例にして述べるが、風力発電、水力発電など他の再生可能エネルギーを利用した発電電力を利用することもできる。
図1に、本発明の一実施形態にかかる電力制御システムを示す。商用系統電力と自家発電電力とを利用する需要家において、商用系統電力網2に電力制御装置1と負荷3とが接続されている。電力制御装置1には、自家発電装置としての太陽電池4と蓄電池5とが接続されている。電力制御装置1は、太陽電池4と蓄電池5とを制御する電力変換装置11、発電電力予測部12および負荷電力予測部13とを備えている。電力変換装置11、発電電力予測部12および負荷電力予測部13は、CPU、メモリを含む1つの制御装置として構成しても良いし、個々にPLC(Programmable Logic Controller)、パーソナルコンピュータ、サーバ・コンピュータ等により構成しても良い。さらに、発電電力予測部12および負荷電力予測部13を遠隔地のサーバ・コンピュータとし、電力変換装置11と通信網を介して接続してもよい。
電力変換装置11には、太陽電池4から出力される電力、負荷3の消費電力を測定するための電力センサ14a,14bが接続されている。電力変換装置11の制御部は、太陽電池4の発電電力と負荷3の消費電力とを計測し、後述するように、それぞれの予測値、実測値および予測誤差を算出して、記憶部としての発電電力予測部12および負荷電力予測部13に格納しておく。
電力変換装置11の制御部は、発電電力予測部12および負荷電力予測部13から取得した過去の予測誤差を評価する。制御部は、翌日の太陽電池4の発電電力の予測値と、負荷3の消費電力の予測値と、制御部が評価した予測誤差とを用いて、夜間に充電する蓄電池5の充電電力量を計算する。
例えば、夜間に蓄電池5の充電電力量を0にしておくと、翌日、太陽電池4で発電した余剰電力を確実に蓄電池5に充電することができる。しかし、太陽電池4の発電量が少なく余剰電力が発生しない場合には、蓄電池5から負荷3に放電することができず、商用系統電力網2から受電しなければならない。従って、夜間の安い電力を活用することができず、昼間の高い電力を購入しなければいけない。
一方、夜間に蓄電池5の充電電力量を満杯にしておくと、負荷3の消費電力量が太陽電池4の発電量よりも大きい場合に、確実に蓄電池5から負荷3に放電することができる。しかし、太陽電池4で発電した余剰電力を蓄電池5に充電することができない可能性があり、余剰電力を利用することができず、その分の電気料金を損してしまう。
図2を参照して、本実施形態にかかる電力制御システムにおける蓄電池の運用方法を説明する。電力変換装置11の制御部において、翌日の負荷3の消費電力と(図2(a))、太陽電池4の発電電力と(図2(b))を予測し、各時刻における蓄電池5への充電量または蓄電池5から放電量を計算する(図2(c))。負荷3の消費電力と太陽電池4の発電電力との差分電力から、翌日の各時刻における蓄電池5の残量(図2(d))を把握することができる。
このとき、太陽電池4で発電した余剰電力を蓄電池5に充電することができる(図2(d)の符号A)程度に、蓄電池5に充電のための余地を残しておく。一方、負荷3の消費電力が太陽電池4の発電電力よりも大きい際に、蓄電池5から電力を供給することができるように(図2(d)の符号B)、蓄電池5の残量を残しておく。両者の兼ね合いから、夜間に蓄電池5に充電する(図2(d)の0〜6時)充電量を決定して、蓄電池5の電池残量が所定の残量(図2(d)の符号C)となるようにする。
夜間に充電する蓄電池5の充電電力量(図2(d)の符号C)を適切に設定することにより、昼間の余剰電力を充電できるだけの蓄電池5の空き容量を確保する一方、負荷が増大しても蓄電池5からの放電により賄うことができる。これにより、夜間の安い電力、太陽電池4の発電電力を有効に活用することができ、電気料金を削減することができる。
発電電力予測部12は、太陽電池4の翌日の一定時間ごとの発電電力を推定する。この推定方法には、例えば、非特許文献2に記載されているように、予測日射量を発電電力に変換する方法が知られている。負荷電力予測部13は、負荷3の翌日の一定時間ごとの消費電力を推定する。この推定方法には、例えば、非特許文献3に記載されているように、ニューラルネットワークを応用する方法が知られている。
発電電力予測部12および負荷電力予測部13の予測値と、実際の値とには誤差がある。電力変換装置11の制御部は、翌日に電力センサ14a,14bから計測した発電電力と消費電力とを取得し、一定時間ごとに、この予測値と実測値とから予測誤差を算出する。制御部は、過去の予測誤差を蓄積し、一定時間ごとに予測誤差の平均値を計算する。例えば、図3は、発電電力予測部12の予測値から求めたる予測誤差の平均値を一定時間ごとに示した図である。
夜間に充電する蓄電池5の充電電力量の求め方について説明する。発電電力と消費電力を予測する一定の時間幅をTとおき、時刻nT(0≦n≦12/T)における太陽電池4の発電電力の予測値をPpv(nT)とし、負荷3の消費電力の予測値をPload(nT)とする。また、発電電力予測部12の時刻nTにおける予測誤差をError_pv(nT)とし、負荷電力予測部13の時刻nTにおける予測誤差をError_load(nT)とする。発電電力予測部12の予測値を補正した値Ppv’(nT)および負荷電力予測部13の予測値を補正した値Pload’(nT)は、
Ppv’(nT)=Ppv(nT)×(1+Error_pv(nT))
Pload’(nT)=Pload(nT)×(1+Error_load(nT))
となる。電力変換装置11の制御部は、Ppv’とPload’から各時刻における差分電力
P’(nT)=Ppv’(nT)−Pload’(nT)
を計算する。
Ppv’(nT)=Ppv(nT)×(1+Error_pv(nT))
Pload’(nT)=Pload(nT)×(1+Error_load(nT))
となる。電力変換装置11の制御部は、Ppv’とPload’から各時刻における差分電力
P’(nT)=Ppv’(nT)−Pload’(nT)
を計算する。
図4に、発電電力および消費電力の予測値を補正して求めた差分電力を示す。制御部は、P’(nT)と蓄電池5の最大容量Ebat_fullから下式を満たす充電電力量Ebatを求める。差分電力が正、すなわち太陽電池4の発電電力量が負荷3の消費電力量を上回ると予想されるので、上回る分を蓄電池5に充電できる余地を確保するため、
Σ(P’(nT)×T)≧0のとき、Ebat_full−Ebat>Σ(P’(nT)×T)
となる充電電力量Ebatを求める。差分電力が負、すなわち負荷3の消費電力量が太陽電池4の発電電力量を上回ると予想されるので、上回る分を蓄電池5から放電できる残量を確保するため、
Σ(P’(nT)×T)<0のとき、Ebat>|Σ(P’(nT)×T)|
となる充電電力量Ebatを求める。制御部は、このようにして求めた範囲のEbat分の電力量を、夜間に蓄電池5に充電する。
Σ(P’(nT)×T)≧0のとき、Ebat_full−Ebat>Σ(P’(nT)×T)
となる充電電力量Ebatを求める。差分電力が負、すなわち負荷3の消費電力量が太陽電池4の発電電力量を上回ると予想されるので、上回る分を蓄電池5から放電できる残量を確保するため、
Σ(P’(nT)×T)<0のとき、Ebat>|Σ(P’(nT)×T)|
となる充電電力量Ebatを求める。制御部は、このようにして求めた範囲のEbat分の電力量を、夜間に蓄電池5に充電する。
制御部は、発電電力予測部12および負荷電力予測部13の誤差を評価し、求めた予測値を補正することにより、より正確な推定値を用いて、蓄電池の充電電力量を求めることができる。
電力変換装置11の制御部は、翌日に電力センサ14a,14bから計測した発電電力と消費電力とを取得し、一定時間ごとに、この予測値と実測値とから予測誤差を算出する。制御部は、過去の予測誤差を蓄積し、実施例2においては、各時刻における予測誤差の最大値と最小値とを計算する。例えば、図5は、発電電力予測部12の予測値から求めたる予測誤差の最大値と最小値とを一定時間ごとに示した図である。なお、予測誤差の最大値とは、予測誤差がプラス側の誤差に最大となる値であり、予測誤差の最小値とは、マイナス側の誤差が最大になる値をいう。
制御部は、発電電力の予測値の予測誤差が最小のときの値を、発電電力の最小推定値として算出し、消費電力の予測値の予測誤差が最大のときの値を、消費電力の最大推定値として算出する。例えば、発電電力の推定値が4kWで、最小誤差が10%であれば、最小推定値は3.6kWとなる。制御部は、発電電力の最小推定値と消費電力の最大推定値との差から、差分電力aを計算する。また、制御部は、発電電力の予測値の予測誤差が最大のときの値を、発電電力の最大推定値として算出し、消費電力の予測値の予測誤差が最小のときの値を、消費電力の最小推定値として算出する。制御部は、発電電力の最大推定値と消費電力の最小推定値との差から、差分電力bを計算する。
発電電力と消費電力を推定する一定の時間幅をTとおき、時刻nT(0≦n≦12/T)における差分電力aをPa(nT)、差分電力bをPb(nT)とおく。また、蓄電池5の最大容量をEbat_fullとおく。制御部は、Pa(nT) から、下式を満たす充電電力量Ebat_minを求める。
Σ(Pa(nT)×T)≧0のとき、Ebat_full−Ebat_max≧Σ(Pa(nT)×T)
また、制御部は、Pb(nT)から、下式を満たす充電電力量Ebat_maxを求める。
また、制御部は、Pb(nT)から、下式を満たす充電電力量Ebat_maxを求める。
Σ(Pb(nT)×T)<0のとき、Ebat_min≧|Σ(Pb(nT)×T)|
なお、Σ(Pa(nT)×T)<0のとき、およびΣ(Pb(nT)×T)≧0のときは、何もしない。発電電力が少なく見積もられ消費電力が多く見積もられたときは、蓄電池への充電量を多くし、発電電力が多く見積もられ消費電力が少なく見積もられたときは、蓄電池への充電量を少なくする。
なお、Σ(Pa(nT)×T)<0のとき、およびΣ(Pb(nT)×T)≧0のときは、何もしない。発電電力が少なく見積もられ消費電力が多く見積もられたときは、蓄電池への充電量を多くし、発電電力が多く見積もられ消費電力が少なく見積もられたときは、蓄電池への充電量を少なくする。
上式を満たすEbat_maxの最大値をEbat_max’とし、Ebat_minの最小値をEbat_min’とする。制御部は、Ebat_min’からEbat_max’の間のある値Ebat_tmpから、差分電力aが実現された際の損失金額Maと、差分電力bが実現された際の損失金額Mbとを計算する。損失金額は、充電できなかった余剰電力量にその時間の電気料金を乗算した値、および蓄電池から放電できず系統から購入した電力にその時間の電気料金を乗算した値を合算して求める。
制御部は、Ebat_min’からEbat_max’の間の全ての値に対して、損失金額Maと損失金額Mbを計算し、その合算値が最も小さくなる、Ebatを求める。制御部は、求めたEbatの電力量を、夜間に蓄電池5に充電する。このようにして、制御部は、最もリスク(損失金額)を抑えることができる充電電力量を計算することができる。
1 電力制御装置
2 商用系統電力網
3 負荷
4 太陽電池
5 蓄電池
11 電力変換装置
12 発電電力予測部
13 負荷電力予測部
14 電力センサ
2 商用系統電力網
3 負荷
4 太陽電池
5 蓄電池
11 電力変換装置
12 発電電力予測部
13 負荷電力予測部
14 電力センサ
Claims (5)
- 商用系統電力網と自家発電装置と蓄電池と負荷とに接続された電力制御装置における、前記蓄電池の運用方法であって、
前記自家発電装置の発電電力と前記負荷の消費電力とを予測して、発電電力の予測値と消費電力の予測値とを取得すること、
予測された日の前記自家発電装置の発電電力と前記負荷の消費電力とを計測して、発電電力の実測値と消費電力の実測値とを取得すること、
一定時間ごとに、前記発電電力の予測値と前記発電電力の実測値との予測誤差、および前記消費電力の予測値と前記消費電力の実測値との予測誤差を算出し、記憶部に格納すること、
前記記憶部に格納された過去の発電電力の予測誤差および消費電力の予測誤差を評価して、翌日の発電電力の予測値および消費電力の予測値を、それぞれ補正すること、および
補正された発電電力の予測値と消費電力の予測値との差分電力に基づいて、夜間に充電する前記蓄電池の充電電力量を計算すること
を備えたことを特徴とする蓄電池の運用方法。 - 前記記憶部に格納された過去の発電電力の予測誤差および消費電力の予測誤差を評価することは、複数の過去の予測誤差に対して、前記一定時間ごとに平均値を算出し、該平均値に基づいて予測値を補正することを特徴とする請求項1に記載の蓄電池の運用方法。
- 前記記憶部に格納された過去の発電電力の予測誤差および消費電力の予測誤差を評価することは、複数の過去の予測誤差に対して、前記一定時間ごとに最大値と最小値とを算出し、該最大値と最小値とに基づいて予測値を補正することを特徴とする請求項1に記載の蓄電池の運用方法。
- 前記補正された発電電力の予測値と消費電力の予測値との差分電力に基づいて、発電電力が消費電力を上回る場合には、前記蓄電池に充電できる余地を確保し、消費電力が発電電力上回る場合には、前記蓄電池から放電できる残量を確保するように、前記蓄電池の充電電力量を計算することを特徴とする請求項1、2または3に記載の蓄電池の運用方法。
- 商用系統電力網と自家発電装置と蓄電池と負荷とに接続された電力制御装置において、
前記自家発電装置の発電電力と前記負荷の消費電力とを予測して、発電電力の予測値と消費電力の予測値とを取得し、予測された日の前記自家発電装置の発電電力と前記負荷の消費電力とを計測して、発電電力の実測値と消費電力の実測値とを取得し、一定時間ごとに、前記発電電力の予測値と前記発電電力の実測値との予測誤差、および前記消費電力の予測値と前記消費電力の実測値との予測誤差を算出する制御部と、
前記発電電力の予測誤差および消費電力の予測誤差を格納する記憶部とを備え、
前記制御部は、前記記憶部に格納された過去の発電電力の予測誤差および消費電力の予測誤差を評価して、翌日の発電電力の予測値および消費電力の予測値を、それぞれ補正して、補正された発電電力の予測値と消費電力の予測値との差分電力に基づいて、夜間に充電する前記蓄電池の充電電力量を計算することを特徴とする蓄電池の電力制御装置。
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JP2014094713A JP2015213389A (ja) | 2014-05-01 | 2014-05-01 | 蓄電池の運用方法および電力制御装置 |
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Cited By (4)
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JP5970146B1 (ja) * | 2015-11-16 | 2016-08-17 | 株式会社電力システムズ・インスティテュート | 太陽光発電装置を含む電力系統の制御方法及び制御システム |
JP2021023024A (ja) * | 2019-07-26 | 2021-02-18 | シャープ株式会社 | 蓄電制御装置 |
JP2021112016A (ja) * | 2020-01-08 | 2021-08-02 | 京セラ株式会社 | 電力管理装置及び電力管理方法 |
JP7540879B2 (ja) | 2019-04-10 | 2024-08-27 | シャープ株式会社 | 制御装置、制御方法、電力制御システム |
-
2014
- 2014-05-01 JP JP2014094713A patent/JP2015213389A/ja active Pending
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