JP2016005367A - 需給管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＲ指令の達成確率向上を図ることができる需給管理システムを提供する。
【解決手段】管理対象に対して電力管理を行う下位需給管理装置２０には、電力削減目標に基づき、管理対象の電力管理を行う制御部２１と、管理対象における需要電力量および需要電力量における削減可能な電力量の情報である電力情報を予測する予測部２２と、予測部２２が予測した電力情報を、上位需給管理装置１０へ出力する出力部２３とが設けられ、電力削減目標を指示する上位需給管理装置１０には、出力部２３から出力された電力情報を記憶する記憶部１２と、電力情報に含まれる削減可能な電力量に少なくとも基づいて、電力削減目標を定め、定めた電力削減目標を下位需給管理装置２０へ出力する指示部１１と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、需給管理システムに関する。

１つのビル又は１つのビルを含むエリア等の電力を管理する需給管理システム（以下、「ＣＥＭＳ」とも表記する。）は、ビル又はエリアの施設に対して「Ａ時からＢ時まで、使用する電力をＣｋＷ削減せよ」のようなデマンドレスポンス（ＤＲ）指令を出し、管理しているエリア全体の電力の需給管理を行っている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２９５１９３号公報

しかし、そのＤＲ指令の「ＣｋＷ削減せよ」との削減命令に対して、そのＤＲ指令を受けたビル等では、削減命令である「ＣｋＷ削減」を達成できるとは限らない。例えば、削減目標が大きすぎるＤＲ指令が出された場合には、ＤＲ指令を受けたビルにおいて削減目標が達成できず、ＣＥＭＳが管理するエリア全体としても削減目標を達成出来ないことがあった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ＤＲ指令の達成確率向上を図ることができる需給管理システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の需給管理システムは、管理対象に対して電力管理を行う下位需給管理装置と、前記下位需給管理装置に対して電力削減目標を指示する上位需給管理装置と、が設けられた需給管理システムであって、前記下位需給管理装置には、前記電力削減目標に基づき、前記管理対象の電力管理を行う制御部と、前記管理対象における需要電力量および前記需要電力量における削減可能な電力量の情報である電力情報を予測する予測部と、前記予測部が予測した前記電力情報を、前記上位需給管理装置へ出力する出力部と、が少なくとも設けられ、前記上位需給管理装置には、前記出力部から出力された前記電力情報を記憶する記憶部と、前記電力情報に含まれる前記削減可能な電力量に少なくとも基づいて、前記電力削減目標を定め、定めた前記電力削減目標を前記下位需給管理装置へ出力する指示部と、が少なくとも設けられていることを特徴とする。

本発明の需給管理システムによれば、下位需給管理装置から出力された電力情報に含まれる削減可能な電力量の情報に基づいて、上位需給管理装置は電力削減目標を定めて、この電力削減目標を下位需給管理装置に出力している。そのため、上位需給管理装置おいて定める電力削減目標は、下位需給管理装置で達成できる確率が高い電力削減目標となる。

上記発明において前記管理対象には、電力の充電及び放電が可能な二次電池が含まれ、前記下位需給管理装置の前記予測部は、前記二次電池に蓄えられている電力容量の情報を取得し、前記出力部は、取得した前記電力容量の情報を前記上位需給管理装置に出力し、前記指示部は、前記削減可能な電力量の情報および前記電力容量の情報に少なくとも基づいて、前記電力削減目標を定めることが好ましい。

このように管理対象に二次電池を含め、この二次電池の電力容量の情報を加えて電力削減目標を定めることにより、管理対象に二次電池が含まれる場合の下位需給管理装置で達成できる確率を高めやすくなる。

上記発明において前記制御部は、前記二次電池をバックアップ用電源およびピークシフト用電源として機能させる制御を行い、前記電力容量の情報は、前記バックアップ用電源として用いられるバックアップ用電力容量の情報、および、前記ピークシフト用電源として用いられるピークシフト用電力容量の情報とに分けられ、前記指示部は、前記ピークシフト用電力容量の情報に基づいて前記電力削減目標を定めることが好ましい。

このように二次電池の電力容量の情報を、バックアップ用電力容量の情報およびピークシフト用電力容量の情報に分け、ピークシフト用電力容量の情報に基づいて電力削減目標を定めることにより、管理対象に二次電池が含まれる場合の下位需給管理装置で達成できる確率を更に高めやすくなる。

上記発明において前記管理対象には分散電源が含まれ、前記予測部は、前記需要電力量として、前記管理対象に含まれる負荷設備が要求する電力量の予測値から前記分散電源が供給する電力量の予測値を除いた電力量を求めることが好ましい。

このように分散電源が管理対象に含まれる場合には、負荷設備が要求する電力量から分散電源が供給する電力量を除いた電力量を需要電力量とすることにより、下位需給管理装置が電力削減目標を達成できる確率を高めやすくなる。

本発明の需給管理システムによれば、
下位需給管理装置から出力された電力情報に含まれる削減可能な電力量の情報に基づいて、上位需給管理装置は電力削減目標を定めて、この電力削減目標を下位需給管理装置に出力していため、ＤＲ指令の達成確率向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る需給管理システムの構成を説明する摸式図である。 図１の予測部により予測される電力情報、および、電力容量の情報を説明するグラフである。 図１の二次電池における放電の概要を説明するグラフである。 図１の二次電池における放電制御の内容を説明するグラフである。

この発明の一実施形態に係る需要管理システムについて、図１から図４を参照しながら説明する。本実施形態では電力の需給を管理する管理対象がビル３０である下位需給管理装置２０（以下「ＢＥＭＳ２０」とも表記する。）、および上位需給管理装置１０（以下「ＣＥＭＳ１０」とも表記する。）を備えた需給管理システム１である例に適用して説明する。なお、本実施形態では、管理対象がビル３０である例に適用して説明したが、ビル３０を含む地域に存在するビル以外の施設であってもよいし、複数のビルや複数の施設や、ビルおよび施設の組み合わせが管理対象であってもよいし、地域が対象であってもよく、特に限定するものではない。

ＣＥＭＳ１０は、図１に示すように、電力会社１５とＢＥＭＳ２０との間に配置された上位の需給管理装置であり、ＢＥＭＳ２０に対して需要電力の電力削減目標であるデマンドレスポンス指令（以下、「ＤＲ指令」と表記する。）を出力するものである。図１においてはＣＥＭＳ１０の下にＢＥＭＳ２０が配置されている状態が示されているが、ＣＥＭＳ１０の下にはビル３０の需給管理装置であるＢＥＭＳ２０以外にも他の設備の需給管理装置が配置されていてもよいし、両者が混在して配置されていてもよい。

ＣＥＭＳ１０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力インタフェース等を有するコンピュータシステムである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、ＣＰＵを負荷設備３１、二次電池３２および分散電源３３を制御する指示部１１として少なくとも機能させるものであり、ハードディスク等をＢＥＭＳ２０から入力された電力情報が記憶される記憶部１２として機能させるものである。

指示部１１は、ＤＲ指令を定めるとともに、定めたＤＲ指令をＢＥＭＳ２０に出力するものである。記憶部１２は、ＢＥＭＳ２０から入力された電力情報を記憶するものである。ＤＲ指令を定める際に、指示部１１は記憶部１２に記憶された電力情報を呼び出し、呼び出した電力情報に基づいてＤＲ指令を定める。

ＢＥＭＳ２０は、ビル３０に配置された負荷設備３１と、二次電池３２と、分散電源３３と、を管理するものであり、これらを制御することによりビル３０における電力の需要管理を行うものである。ＢＥＭＳ２０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、入出力インタフェース等を有するコンピュータシステムである。ＲＯＭ等に記憶されている制御プログラムは、ＣＰＵを、負荷設備３１、二次電池３２および分散電源３３を制御する制御部２１と、予測部２２として少なくとも機能させるものであり、入出力インタフェースを出力部２３として少なくとも機能させるものである。

負荷設備３１は、ビル３０に設置された照明器具や、空調設備などの電力を消費する機器の総称である。二次電池３２は、ビル３０の外部から供給される電力の充電、および、二次電池３２に充電された電力を負荷設備３１へ供給することが可能なものであればよく、その形式を特に限定するものではない。分散電源３３は、ビル３０に設置された発電設備であり、例えば太陽光発電設備や、風力発電設備などの再生可能な自然エネルギーを利用した発電設備であってもよいし、小型の発動機を動力源とした発電設備であってもよい。

制御部２１は、ＣＥＭＳ１０から入力されたＤＲ指令に基づいて、負荷設備３１における電力の消費を制御するものである。その他に、二次電池３２への電力の充電および放電を制御するものであり、分散電源３３における発電量を制御するものである。

予測部２２は、負荷設備３１における単位時間当たりの需要電力量などの需要電力量の情報、分散電源３３における単位時間当たりの発電電力量などの発電電力量の情報を予測するものである。本実施形態では、ＢＥＭＳ２０からＣＥＭＳ１０へ出力される電力情報は、需要電力量の情報から発電電力量の情報を差し引いた情報である例に適用して説明する。

電力情報は、図２に示すように、需要電力の削減が不可能な第１領域Ａ１、需要電力の削減が可能な第２領域Ａ２、および、需要電力の削減が容易な第３領域Ａ３に分けられる。言い換えると、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２および第３領域Ａ３の和が電力情報と等しくなる。ここで、第２領域Ａ２の例としては、空調装置による室温調整の能力を弱めることによる削減が可能な電力量が挙げられる。第３領域Ａ３の例としては、廊下の電気を消すことによる削減が可能な電力量が挙げられる。

なお、本実施形態では、需要電力の削減が可能な程度に応じて、電力情報が第１領域Ａ１、第２領域Ａ２および第３領域Ａ３の３つの領域に分けられている例に適用して説明しているが、需要電力削減が不可能な領域から容易な領域までを、３つよりも多くの領域に分割し、需要電力の削減の優先順位付けを行ってもよい。

さらに予測部２２は、二次電池３２に蓄えられているバックアップ用電力容量の情報Ｂ１およびピークシフト用電力容量の情報Ｂ２の和である電力容量の情報を取得するものでもある。バックアップ用電力容量とは、ビル３０への電力供給が途絶える停電などの状態が発生した際に、二次電池３２から負荷設備３１へ供給する電力が蓄えられた容量である。ピークシフト用電力容量とは、電力の単価が比較的安い夜間に充電を行い、電力の単価が高い昼間の電力需要がピークになる時間帯に充電した電力を負荷設備３１へ供給する電力が蓄えられた容量である。

出力部２３は、予測部２２により予測された負荷設備３１における電力情報、および予測部２２により取得された二次電池３２における電力容量の情報を、ＣＥＭＳ１０の記憶部１２へ出力するものである。

次に、本実施形態の需給管理システム１におけるＤＲ指令を出力する際の制御について説明する。
まず、ＢＥＭＳ２０の予測部２２が、図２に示すように、所定の時間毎（例えば１時間毎）に電力情報を予測するとともに、二次電池３２の電力容量の情報を取得する。その後、図１に示すように、出力部２３によって予測された電力情報および取得された電力容量の情報がＣＥＭＳ１０へ出力される。ＣＥＭＳ１０へ出力された予測された電力情報および取得された電力容量の情報は、記憶部１２に記憶される。

その後、ＣＥＭＳ１０の指示部１１が、ＢＥＭＳ２０へＤＲ指令を出力する際、記憶部１２に記憶された予測された電力情報および取得された電力容量の情報を呼び出す。指示部１１は、呼び出した予測された電力情報における第３領域Ａ３および第２領域Ａ２の値に基づき、ＢＥＭＳ２０が達成する可能性が高い削減電力量を求める。

さらに、指示部１１は電力容量の情報にも基づき、二次電池３２から負荷設備３１へ供給できる電力量を求め、ＢＥＭＳ２０が達成する可能性が高い削減電力量を求める。ここで、二次電池３２から負荷設備３１へ供給できる電力量の求め方について図３および図４を参照しながら説明する。

二次電池３２におけるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）容量には、図３に示すように、上限および下限が存在する。そして二次電池３２に対してＡ時からＢ時までにＸｋＷ放電せよとの放電要請があると、その二次電池３２は、Ａ時からＢ時まで期間をかけてＸｋＷの放電を行う。図３では、上限から下限まで線形に電力を放出する例が示されている。

なお、二次電池３２における単位時間当たりの放電量（グラフの傾き）には二次電池３２に固有な上限が存在する。また下限は、二次電池３２におけるバックアップ用電力容量に基づいて定められてもよい。このようにすることで、ＤＲ指令によりピークシフト用電力容量を使い切った後でも、バックアップ用電力容量が確保されるため、停電時等においても負荷設備３１への電力供給を確保することができる。

一般に、ＢＥＭＳ２０などで充電量が制御される二次電池３２では、一日の所定の時刻（例えば午前３時などの未明の時刻）などで例示される所定のタイミングにおいて、所定の容量に充電されているように制御される。本実施形態では、所定の容量が設定上限である例に適用して説明する。

図４では、所定のタイミングであるＴｃｈｆ時に二次電池３２が設定上限に充電される例が示されている。図４におけるＴｓは放電開始の時刻を示し、Ｔｓ＋Ａは、放電開始時から単位時間当たりの上限放電量で設定下限まで放電した際の時刻を示す。また、Ｔｃｈｆ−Ｂは、設定下限から単位時間当たりの上限充電量で充電した際に二次電池３２がＴｃｈｆ時に設定上限まで充電される際の充電開始時刻を示す。

指示部１１は、二次電池３２に放電を指示する際（図４の（１）の範囲）、上限放電量αを超える単位時間当たりの放電量が要求された場合（グラフＬ１で示す場合）、パラメータである放電開始Ｔｓ、放電終了Ｔｅおよび放電容量ｍを調整し、単位時間当たりの放電量が上限放電量α未満に収まるように制御を行う（例えばグラフＬ２となるように制御を行う。）。

上述のように制御した放電量で放電を行う際（図４の（２）の範囲）、放電の終了時刻がＴｓｈｆ−Ｂよりも前である場合（例えばグラフＬ３で示す場合）には、設定下限に至るまで二次電池３２から放電が行われる。

その一方で、放電の終了時刻がＴｓｈｆ−Ｂよりもよりも後となり場合、言い換えると、放電を示すグラフＬ４が二次電池３２をＴｃｈｆ時に設定上限まで充電する際のグラフＬ５と交差する場合、指示部１１は、放電終了Ｔｅを早める制御か、放電容量ｍを少なくする制御を行う。

放電容量ｍを少なくする制御を行う場合、指示部１１は、グラフＬ４と、グラフＬ５との交点Ｃを求め、当該交点Ｃに至るまでの放電容量ｍとする制御を行う。
上記の構成の需給管理システム１によれば、ＢＥＭＳ２０から出力された電力情報に含まれる第３領域Ａ３および第２領域Ａ２の値に基づいて、ＣＥＭＳ１０はＤＲ指令を定めて、このＤＲ指令をＢＥＭＳ２０に出力している。そのため、ＣＥＭＳ１０おいて定めるＤＲ指令は、ＢＥＭＳ２０で達成できる確率が高いＤＲ指令となり、成功確率の向上を図り易くなる。

管理対象に二次電池３２を含め、この二次電池３２の電力容量の情報を加えてＤＲ指令を定めることにより、管理対象に二次電池３２が含まれる場合のＢＥＭＳ２０で達成できる確率を高めやすくなる。

二次電池３２の電力容量の情報を、バックアップ用電力容量の情報Ｂ１およびピークシフト用電力容量の情報Ｂ２に分け、ピークシフト用電力容量の情報Ｂ２に基づいてＤＲ指令を定めることにより、管理対象に二次電池３２が含まれる場合のＢＥＭＳ２０で達成できる確率を更に高めやすくなる。

分散電源３３が管理対象に含まれる場合には、負荷設備３１が要求する電力量から分散電源３３が供給する電力量を除いた電力量を需要電力量とすることにより、ＢＥＭＳ２０がＤＲ指令を達成できる確率を高めやすくなる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の実施形態では、ＢＥＭＳ２０がビル３０に配置された負荷設備３１、二次電池３２、および分散電源３３の三者を管理する例に適用して説明したが、負荷設備３１および二次電池３２の二者、または、負荷設備３１および分散電源３３の二者を管理するものであってもよいし、負荷設備３１のみを管理するものであってもよく、特に限定するものではない。

１…需給管理システム、１０…ＣＥＭＳ（上位需給管理装置）、１１…指示部、１２…記憶部、２０…ＢＥＭＳ（下位需給管理装置）、２１…制御部、２２…予測部、２３…出力部、３０…ビル、３１…負荷設備、３２…二次電池、３３…分散電源

Claims (4)

1. 管理対象に対して電力管理を行う下位需給管理装置と、
   前記下位需給管理装置に対して電力削減目標を指示する上位需給管理装置と、
   が設けられた需給管理システムであって、
   前記下位需給管理装置には、
   前記電力削減目標に基づき、前記管理対象の電力管理を行う制御部と、
   前記管理対象における需要電力量および前記需要電力量における削減可能な電力量の情報である電力情報を予測する予測部と、
   前記予測部が予測した前記電力情報を、前記上位需給管理装置へ出力する出力部と、
   が少なくとも設けられ、
   前記上位需給管理装置には、
   前記出力部から出力された前記電力情報を記憶する記憶部と、
   前記電力情報に含まれる前記削減可能な電力量に少なくとも基づいて、前記電力削減目標を定め、定めた前記電力削減目標を前記下位需給管理装置へ出力する指示部と、
   が少なくとも設けられていることを特徴とする需給管理システム。
2. 前記管理対象には、電力の充電及び放電が可能な二次電池が含まれ、
   前記下位需給管理装置の前記予測部は、前記二次電池に蓄えられている電力容量の情報を取得し、
   前記出力部は、取得した前記電力容量の情報を前記上位需給管理装置に出力し、
   前記指示部は、前記削減可能な電力量の情報および前記電力容量の情報に少なくとも基づいて、前記電力削減目標を定めることを特徴とする請求項１記載の需給管理システム。
3. 前記制御部は、前記二次電池をバックアップ用電源およびピークシフト用電源として機能させる制御を行い、
   前記電力容量の情報は、前記バックアップ用電源として用いられるバックアップ用電力容量の情報、および、前記ピークシフト用電源として用いられるピークシフト用電力容量の情報とに分けられ、
   前記指示部は、前記ピークシフト用電力容量の情報に基づいて前記電力削減目標を定めることを特徴とする請求項２記載の需給管理システム。
4. 前記管理対象には分散電源が含まれ、
   前記予測部は、前記需要電力量として、前記管理対象に含まれる負荷設備が要求する電力量の予測値から前記分散電源が供給する電力量の予測値を除いた電力量を求めることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の需給管理システム。