JP2016059199A - 需要電力の目標値算出方法及び目標値算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時間帯にかかわらず蓄電池の容量が足りないという事態の発生を防止することができる需要電力の目標値算出方法及び目標値算出装置を提供する。【解決手段】需需要家の需要電力量と前記需要電力量の仮目標値とに基づいて蓄電池の電力の充放電を制御する際に用いられる前記目標値を算出する方法であって、負荷予測データ取得部が、需要家の時間毎の需要電力量の予測値を時系列に示す負荷予測データを取得する過程と、設定部が、前記負荷予測データの中で最も高い前記需要電力量の予測値を仮目標値に設定する過程と、算出部が、前記仮目標値から前記需要電力量を差し引いた差分値と前記蓄電池の残蓄電容量との比較結果に基づいて仮目標値を調整し、前記目標値を算出する過程とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、需要電力の目標値算出方法及び目標値算出装置に関する。

近年、需要家に蓄電池を設置し、その蓄電池の電力を電気機器などの負荷に放電することで需要家の消費電力のピークカット及びピークシフトが行われている（非特許文献１）。
例えば、需要家における需要電力量（例えば３０分単位の平均電力）が、予め設定された需要電力量の目標値になるように、蓄電池の充放電量を制御することで、需要家の需要電力量を平準化する方法が提案されている（特許文献１）。すなわち、需要電力量が目標値を上回る場合、蓄電池の電力を負荷に放電し、需要電力量が目標値を下回る場合、商用電源からの電力を蓄電池に充電する。

特開２０１２−２０５４５４号公報

サンケン電気株式会社、[平成２６年４月１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.sanken-ele.co.jp/prod/powersp/ups/what_ups/ups_w65.htm＞

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、目標値を越えた分の需要電力量を蓄電池の電力で補うため、昼間などの需要家の電力が目標値を大きく上回る場合、蓄電池の容量が足りなくなる事態が発生する場合が発生する。したがって、時間帯にかかわらず需要家の電力に対応できる大容量の蓄電池が必要であるが、大容量の蓄電池は非常に高価であるためコストがかかる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、時間帯にかかわらず蓄電池の容量が足りなくなる事態の発生を防止することができる需要電力の目標値算出方法及び目標値算出装置を提供することである。

本発明の一態様は、需要家の需要電力量と前記需要電力量の仮目標値とに基づいて蓄電池の電力の充放電を制御する際に用いられる前記目標値を算出する方法であって、負荷予測データ取得部が、需要家の時間毎の需要電力量の予測値を時系列に示す負荷予測データを取得する過程と、設定部が、前記負荷予測データの中で最も高い前記需要電力量の予測値を仮目標値に設定する過程と、算出部が、前記仮目標値から前記需要電力量を差し引いた差分値と前記蓄電池の残蓄電容量との比較結果に基づいて仮目標値を調整し、前記目標値を算出する過程と、を含む需要電力の目標値算出方法である。

また、本発明の一態様は、上述の需要電力の目標値算出方法であって、前記差分値が前記蓄電池の容量値を超える場合、前記仮目標値から所定の検索幅を差し引いた値を仮目標値に再設定し、前記差分値が前記蓄電池の容量値未満である場合、前記仮目標値から所定の検索幅を加算した値を前記目標値とする。

また、本発明の一態様は、需要家の需要電力量と前記需要電力量の仮目標値とに基づいて蓄電池の電力の充放電を制御する際に用いられる前記目標値を算出する装置であって、需要家の時間毎の需要電力量の予測値を時系列に示す負荷予測データを取得する負荷予測データ取得部と、前記負荷予測データの中で最も高い前記需要電力量の予測値を仮目標値に設定する設定部と、前記仮目標値から前記需要電力量を差し引いた差分値と前記蓄電池の残蓄電容量との比較結果に基づいて仮目標値を調整し、前記目標値を算出する算出部と、を有する需要電力の目標値算出装置である。

以上説明したように、本発明によれば、時間帯にかかわらず蓄電池の容量が足りなくなる事態の発生を防止することができる需要電力の目標値算出方法及び目標値算出装置を提供することができる。

本実施形態に係る目標値算出装置１００を備える平準化システムの構成例を示す図である。 本実施形態に係る単位時間毎に需要家の１日の需要電力量を示した図である。 本実施形態に係る目標値算出装置１００の構成例である。 本実施形態に係る負荷予測データの一例を示している。 本実施形態に係る目標値算出装置１００の目標値を決定する動作を示す図である。 本実施形態の目標値算出装置１００の目標値を決定する方法を説明する第１の図である。 本実施形態の目標値算出装置１００の目標値を決定する方法を説明する第２の図である。 本実施形態の目標値算出装置１００の目標値を決定する方法を説明する第３の図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る目標値算出装置１００を備える平準化システムの構成例を示している。平準化システムは、需要家の需要電力量を平準化するシステムである。この図に示す平準化システムは、電力管理エリア１において、蓄電池２０、電力経路切替部３０、負荷４０及び目標値算出装置１００を備える。なお、電力管理エリア１は、例えば１つの家庭や建物などに該当する。

蓄電池２０は、充電のために入力される電力を蓄積し、また、蓄積した電力を放電して出力する。蓄電池２０には、例えばリチウムイオン電池などを採用することができる。

電力経路切替部３０は、需要電力量に基づいて、蓄電池２０と負荷４０との間で電力経路の切り替え行う。図２は、単位時間毎に需要家の１日の需要電力量を示した図である。
電力経路切替部３０は、需要電力量が目標値未満の場合、商用電源２の電力を負荷４０に供給するように電力経路を切り替える。また、電力経路切替部３０は、商用電源２の電力が蓄電池２０に充電されるように電力経路を切り替える。この際、商用電源２から蓄電池２０に充電される電力は、目標値から需要電力量を差し引いた値（例えば、図２の電力量Ａ）である。
電力経路切替部３０は、需要電力量が目標値を超える場合、蓄電池２０の出力（放電電力）を負荷４０に供給するように電力経路を切り替える。この際、蓄電池２０から負荷４０に供給される電力は、需要電力量から目標値を差し引いた値（例えば、図２の電力量Ｂ）である。

負荷４０は、電力管理エリア１において電力供給を受けて動作する機器や設備などを一括して示したものである。

目標値算出装置１００は、需要電力量の目標値を算出する。目標値算出装置１００は、算出した目標値を電力経路切替部３０に出力する。目標値算出装置１００が算出する需要電力量の目標値は、１日の終わり（負荷４０の１日の終了動作時刻）まで蓄電池２０の蓄電容量が残るように設定された値の中で最も低い値である。

図３は、目標値算出装置１００の構成例を示している。目標値算出装置１００は、負荷予測データ取得部１０１、負荷予測データ記憶部１０２、設定部１０３、蓄電容量推定部１０４、第１判定部１０６、第２判定部１０７、第３判定部１０８及び算出部１０９を備える。

負荷予測データ取得部１０１は、例えば、外部のサーバ内に記憶してある需要家の日毎の需要電力の履歴から最も需要電力が高かった過去日を選択する。そして、負荷予測データ取得部１０１は、選択した過去日の時間毎（デマンド時限毎）の需要電力を負荷予測データとして外部のサーバ内から取得する。また、負荷予測データ取得部１０１は、気温、休日又は平日、天気などの情報から、この条件に類似する過去日を外部のサーバ内から選択する。そして、負荷予測データ取得部１０１は、選択した過去日のデマンド時限毎の需要電力を負荷予測データとして外部のサーバ内から取得する。ただし、本発明は負荷予測データの取得方法には限定されない。負荷予測データ取得部１０１は、取得した負荷予測データを記負荷予測データ記憶部１０２に記憶する。

負荷予測データ記憶部１０２は、負荷予測データ取得部１０１が取得した負荷予測データを時間毎（デマンド時限毎）に時系列に記憶する。図４は、負荷予測データの一例を示している。例えば図示するように、負荷予測データは、１日における制御開始時刻９：００から制御終了時刻１８:００までの時間が３０分ずつ区分され、３０分の区分ごとに時刻と需要電力量（ｋＷ）とが対応付けられている。すなわち、負荷予測データは、制御開始時刻９：００から制御終了時刻１８:００までの需要電力量Ｐを単位時間３０分毎に示されている。

設定部１０３は、負荷予測データ記憶部１０２に記憶された負荷予測データの１日における９：００から１８:００までの時間の中で、最も高い需要電力量Ｐｍｘを仮目標値Ｓとする。また、設定部１０３は、蓄電池２０の残蓄電容量（充電可能容量）Ｃｓを蓄電池２０の最大容量Ｃｍｘとする。蓄電池の最大容量Ｃｍｘは、需要家に設けられた蓄電池２０の最大容量であり、予め設定されている。

蓄電容量推定部１０４は、以下に示す式（１）を用いて、時刻ｔにおける蓄電池２０の残蓄電容量Ｃｓの暫定値（以下、「容量暫定値」という。）Ｃｓ^＊を算出する。蓄電容量推定部１０４は、負荷予測データ記憶部１０２に記憶された負荷予測データから時刻ｔにおける需要電力量Ｐ（ｔ）を読み出す。蓄電容量推定部１０４は、仮目標値Ｓから読み出した需要電力量Ｐ（ｔ）を差し引く。蓄電容量推定部１０４は、差し引いた値（以下、「容量差分値」という。）（Ｓ−Ｐ（ｔ））を残蓄容量Ｃｓに加えた値を時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊とする。
Ｃｓ^＊＝Ｃｓ＋（Ｓ−Ｐ（ｔ））…（１）

第１判定部１０６は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が蓄電池２０の最大容量Ｃｍｘから減少したか否かを判定する。すなわち、第１判定部１０６は、時刻ｔにおける需要電力量Ｐ（ｔ）が仮目標値Ｓを越えたか否かを判定する。

第２判定部１０７は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が正の値か否かを判定する。すなわち、第２判定部１０７は、蓄電池２０から負荷４０に（Ｓ−Ｐ（ｔ））の電力を放電した場合、蓄電池２０の残蓄電容量Ｃｓの電力が残っているか否かを判定する。よって、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が負である場合、蓄電池２０の残蓄電容量Ｃｓ電力は不足していることを示す。

第３判定部１０８は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が正の値か否かを判定する。すなわち、第２判定部１０７は、蓄電池２０から負荷４０に（Ｓ−Ｐ（ｔ））の電力を放電した場合、蓄電池２０の残蓄電容量Ｃｓの電力が残っているか否かを判定する。

算出部１０９は、仮目標値から需要電力量を差し引いた差分値と蓄電池の残蓄電容量との比較結果に基づいて仮目標値を調整し、目標値を算出する。具体的には、算出部１０９は、仮目標値から需要電力量を差し引いた差分値をデマンド時限毎に計算し、計算した差分値を積算する。算出部１０９は、積算した差分値と残蓄電容量とを比較し、積算した差分値が残蓄電容量を超える場合、仮目標値から所定の検索幅αを差し引いた値を仮目標値に再設定する。一方、算出部１０９は、積算した差分値が残蓄電容量未満である場合、仮目標値から所定の検索幅αを加算した値を目標値とする。
算出部１０９は、仮目標値算出部１１０及び目標値算出部１１１を有する。

仮目標値算出部１１０は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊に基づいて、仮目標値Ｓを新たに算出し設定する。仮目標値算出部１１０は、現在の仮目標値から目標の検索幅αを差し引くことで新たな仮目標値Ｓを算出する。そして、仮目標値算出部１１０は、新たな仮目標値を仮目標値Ｓとして設定する。目標値の検索幅αは、需要電力量Ｐのサンプリングの最小単位であり、例えば１ｋＷである。

目標値算出部１１１は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊に基づいて、最終目標値Ｄを算出する。目標値算出部１１１は、仮目標値Ｓに目標の検索幅αを加えることで最終目標値Ｄを算出する。

次に、本実施形態の目標値算出装置１００の目標値を決定する動作について、図を用いて説明する。図５は、本実施形態の目標値算出装置１００の目標値を決定する方法を示す図である。

ステップＳ２０１において、負荷予測データ取得部１０１は、需要家の１日の電力の負荷予測データを取得する。負荷予測データ取得部１０１は、取得した負荷予測データを記負荷予測データ記憶部１０２に記憶する。
ステップＳ２０２において、設定部１０３は、負荷予測データ記憶部１０２に記憶されている負荷予測データを読み出す。設定部１０３は、読み出した負荷予測データにおいて、９：００から１８:００までの時間の中で、最も高い需要電力量Ｐｍｘを仮目標値Ｓとする。また、設定部１０３は、蓄電池２０の残蓄電容量Ｃｓを蓄電池２０の最大容量Ｃｍｘとする。

ステップＳ２０３において、設定部１０３は、仮目標値Ｓに目標値の検索幅αを減算する。ただし、初回時において、設定部１０３は、仮目標値Ｓに目標値の検索幅αを減算せずにステップＳ２０４に進む。目標値算出装置１００は、以下に示すステップＳ２０４〜ステップＳ２１２の処理（Ｓループ処理）を仮目標値Ｓが０（ゼロ）になるまで繰り返す。

ステップＳ２０４において、設定部１０３は、負荷予測データ記憶部１０２に記憶されている負荷予測データを読み出し、制御開始時刻Ｔｓｔを取得する。設定部１０３は、取得した制御開始時刻Ｔｓｔに時間単位、例えば３０分を加算する。ただし、初回時において、設定部１０３は、制御開始時刻Ｔｓｔに時間単位を加算せずにステップＳ２０５に進む。目標値算出装置１００は、以下に示すステップＳ２０５〜ステップＳ２０９の処理（ｔループ処理）を、時刻ｔが制御開始時刻Ｔｓｔから制御終了時刻に時間単位を加算した時刻Ｔｅｄになるまで繰り返す。

ステップＳ２０５において、蓄電容量推定部１０４は、式（１）を用いて、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊を算出する。
ステップＳ２０６において、第１判定部１０６は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が蓄電池２０の最大容量Ｃｍｘから減少したか否かを判定する。すなわち、第１判定部１０６は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が蓄電池２０の最大容量Ｃｍｘを超えるか否かを判定する。第１判定部１０６は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が蓄電池２０の最大容量Ｃｍｘを超える場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、ステップＳ２０９に進む。一方、第１判定部１０６は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が蓄電池２０の最大容量Ｃｍｘ以下である場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７において、第２判定部１０７は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が０（ゼロ）未満の場合（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、ステップＳ２１３に進む。一方、第２判定部１０７は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が０（ゼロ）以上の場合（Ｓ２０７：ＮＯ）、ステップＳ２０８に進む。
ステップＳ２０８において、設定部１０３は、蓄電池２０の残蓄電容量Ｃｓを容量暫定値Ｃｓ^＊の値に設定する。
ステップＳ２０９において、設定部１０３は、時刻ｔが時刻Ｔｅｄでない場合、ステップＳ２０４に進む。一方、設定部１０３は、時刻ｔが時刻Ｔｅｄである場合、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０において、第３判定部１０８は、制御開始時刻Ｔｓｔから時刻Ｔｅｄまで単位時間毎に計算した蓄電池２０の残蓄容量Ｃｓにおいて、電力が残っているか否かを判定する。すなわち、第３判定部１０８は、容量暫定値Ｃｓ^＊が０（ゼロ）未満の場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ステップＳ２１３に進む。一方、第３判定部１０８は、時刻ｔにおける容量暫定値Ｃｓ^＊が０（ゼロ）以上の場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１において、仮目標値算出部１１０は、容量暫定値Ｃｓ^＊に基づいて、仮目標値Ｓを新たに算出し設定する。仮目標値算出部１１０は、現在の仮目標値から目標の検索幅αを差し引くことで新たな仮目標値Ｓを算出する。そして、仮目標値算出部１１０は、新たな仮目標値を仮目標値Ｓとして設定し、ステップＳ２０３に進む（ステップＳ２１２）。

ステップＳ２１１において、容量暫定値Ｃｓ^＊が負となっている。つまり、現在の仮目標値Ｓでは、蓄電池２０の残蓄容量Ｃｓが不足する。よって、目標値算出部１１１は、仮目標値Ｓに目標の検索幅αを加えることで、最終目標値Ｄを算出する。

次に、上述した本実施形態の目標値算出装置１００の目標値を決定する方法を、図を用いて説明する。図６は、本実施形態の目標値算出装置１００の目標値を決定する方法を説明する図である。ここで、仮目標値Ｓが２０ｋＷであり、蓄電池２０の最大容量Ｃｍｘが３０ｋＷとする。

図に示すように、目標値算出装置１００は、制御開始時刻９：００から単位時間３０分毎に、その時刻ｔに対応する容量暫定値Ｃｓ^＊を計算する。例えば、図６に示すように時刻ｔが９：００である場合、容量暫定値Ｃｓ^＊は、４０ｋＷとなる。よって、蓄電池２０は、蓄電容量を放電しない。

ただし、時刻ｔが１０：００である場合、容量差分値が−３ｋとなるため、容量暫定値Ｃｓ^＊は、２７ｋＷとなる。つまり、蓄電池２０は、３ｋＷの電力を負荷４０に放電したことになる。ただし、その後、需要電力量Ｐ（ｔ）は、時刻Ｔｅｄまでのすべての時刻ｔにおいて、仮目標値Ｓを下回る。よって、容量暫定値Ｃｓ^＊が正、つまり蓄電池２０の蓄電容量に余裕がある状態であるため、目標値算出装置１００は、現在の仮目標値から目標値の検索幅αを差し引くことで新たな仮目標値Ｓを設定し、再度ｔループ処理を行う。

しかしながら、図７に示すように、制御開始時刻Ｔｓｔから時刻Ｔｅｄまでの間に、容量暫定値Ｃｓ^＊が負になった場合（時刻１４：３０）、目標値算出装置１００は、現在の仮目標値から目標の検索幅αを加算することで最終目標値Ｄを算出する。また、図８に示すように、時刻Ｔｅｄ（時刻１６：００）に容量暫定値Ｃｓ^＊が負になった場合においても。目標値算出装置１００は、現在の仮目標値から目標の検索幅αを加算することで最終目標値Ｄを算出する。

このように上述した本実施形態では、目標値算出装置１００は、需要家の１日の負荷予測データから最も高い需要電力量を仮目標値Ｓとし、ｔループ処理を行う。そのｔループ処理の際に、容量暫定値Ｃｓ^＊が負となった場合、目標値算出装置１００は、仮目標値Ｓに目標の検索幅αを加えることで最終目標値Ｄを算出する。また、そのｔループ処理の際に、容量暫定値Ｃｓ^＊が負とならなかった場合、目標値算出装置１００は、仮目標値Ｓを目標の検索幅α分下げて、再度ｔループ処理を行う。これより、１日の終わり（負荷４０の１日の終了動作時刻）まで蓄電池２０の蓄電容量が残るように設定された値の中で最も低い値を需要電力量の目標値Ｄとして設定することができる。すなわち、蓄電池２０の容量Ｃｓを最大限まで使った目標値Ｄを設定することができる。よって、低コストの蓄電池を使用し、時間帯にかかわらず蓄電池の容量が足りないという事態の発生を防止することができる。

上述した実施形態における目標値算出装置１００をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
本実施形態では、需要家に設置された蓄電池を対象としたが。これに限られるものではなく、例えば蓄電池は、電気自動者の電池又は定置用蓄電池と電気自動車の電池を組み合せるものでもよい。また、電気自動車の電池だけでなく、燃料電池車の電池でもよい。その際、電気自動車などが接続されたことを示す接続情報を取得し、その接続情報をトリガーとして目標値を再設定する。これにより、電気自動車などに接続された蓄電池の総容量を最大限活用した目標値を設定することができる。

１ 電力管理エリア
２ 商用電源
２０ 蓄電池
３０ 電力経路切替部
４０ 負荷
１００ 目標値算出装置
１０１ 負荷予測データ取得部
１０２ 負荷予測データ記憶部
１０３ 設定部
１０４ 蓄電容量推定部
１０６ 第１判定部
１０７ 第２判定部
１０８ 第３判定部
１０９ 算出部
１１０ 仮目標値算出部
１１１ 目標値算出部

Claims (3)

1. 需要家の需要電力量と前記需要電力量の仮目標値とに基づいて蓄電池の電力の充放電を制御する際に用いられる前記目標値を算出する方法であって、
   負荷予測データ取得部が、需要家の時間毎の需要電力量の予測値を時系列に示す負荷予測データを取得する過程と、
   設定部が、前記負荷予測データの中で最も高い前記需要電力量の予測値を仮目標値に設定する過程と、
   算出部が、前記仮目標値から前記需要電力量を差し引いた差分値と前記蓄電池の残蓄電容量との比較結果に基づいて仮目標値を調整し、前記目標値を算出する過程と、
   を含む需要電力の目標値算出方法。
2. 前記差分値が前記蓄電池の容量値を超える場合、前記仮目標値から所定の検索幅を差し引いた値を仮目標値に再設定し、
   前記差分値が前記蓄電池の容量値未満である場合、前記仮目標値から所定の検索幅を加算した値を前記目標値とする請求項１に記載の需要電力の目標値算出方法。
3. 需要家の需要電力量と前記需要電力量の仮目標値とに基づいて蓄電池の電力の充放電を制御する際に用いられる前記目標値を算出する装置であって、
   需要家の時間毎の需要電力量の予測値を時系列に示す負荷予測データを取得する負荷予測データ取得部と、
   前記負荷予測データの中で最も高い前記需要電力量の予測値を仮目標値に設定する設定部と、
   前記仮目標値から前記需要電力量を差し引いた差分値と前記蓄電池の残蓄電容量との比較結果に基づいて仮目標値を調整し、前記目標値を算出する算出部と、
   を有する需要電力の目標値算出装置。

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