JP2016063548A - 電力需要管理装置および電力需要管理方法 - Google Patents

電力需要管理装置および電力需要管理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】常時作動する所定の設備に設けられる蓄電装置を利用することで、電力需給を安定化できるようにすること。
【解決手段】電力需要管理装置1は、電力系統PLに接続される需要家グループでの電力需要を管理する。電力需要管理装置1は、複数の蓄電装置43であって、常時作動する所定の設備としての基地局4にそれぞれ設けられる蓄電装置43に通信可能に接続されている。電力需要管理装置1は、需要家グループへ供給予定の電力供給量と、需要家グループで生じると予測される電力需要量との差を算出し、差に応じた電力量を、各蓄電装置43のうち所定の選択基準に従って選択される所定の蓄電装置に充電または放電させることで低減させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電力需要管理装置および電力需要管理方法に関する。
近年は、地球環境の保護の観点から再生可能エネルギの利用が期待されている。一方、電力料金の内外格差を是正すると共に、電力需給の逼迫を回避するために、電力市場の自由化が求められている。このため、太陽光発電装置、風力発電装置などの電源で作った電力を需要家に小売りする電力小売業者などが出現している。
ところで、電力需要家に安定した電力を供給するためには、送配電網の電圧および周波数などが適切な範囲に収まるように制御する必要がある。電力需給を調整するために蓄電装置を用いることは知られている(特許文献1〜3)。
なお、移動体通信の基地局での電力制御は知られているが(特許文献4,5)、基地局内部での送信電力の調整に関するもので、送配電網の安定化に寄与するものではない。
特開2012−23948号公報 特開平9−130846号公報 特開2002−330095号公報 特開2007−311950号公報 特開2010−239407号公報
自由な電力市場の進展につれて多くの電力小売業者が出現すると、需給見込みの誤りなどによって電力需給に変動が発生するため、電力品質が低下したり、余剰電力が無駄になったりするおそれがある。また、デマンドレスポンスにおいて、需要卸市場価格の高騰時または系統信頼性の低下時に、需要家側が電力の使用を抑制するよう、電力会社あるいはアグリゲータから抑制を依頼されたり、企業内で電力需要を抑制したりするようなケースもある。
そこで、本発明の目的は、常時作動する所定の設備に設けられる蓄電装置を利用することで電力需給を安定化できるようにした電力需要管理装置および電力需要管理方法を提供することにある。
上記課題を解決すべく、本発明に従う電力需要管理装置は、電力系統に接続される需要家グループでの電力需要を管理する電力需要管理装置において、複数の蓄電装置であって、常時作動する所定の設備にそれぞれ設けられる蓄電装置に通信可能に接続されており、需要家グループへ供給予定の電力供給量と、需要家グループで生じると予測される電力需要量との差を算出し、差に応じた電力量を、各蓄電装置のうち所定の選択基準に従って選択される所定の蓄電装置に充電または放電させることで低減させる。
所定の設備とは移動体通信の基地局であり、各蓄電装置は、基地局の有する電気的負荷へ電力を供給するように設けられてもよい。また、基地局は、需要家グループに含めることもできる。
本発明によれば、需要家グループへ供給予定の電力供給量と需要家グループで生じると予測される電力需要量との差に応じた電力量を、常時作動する所定の設備に設けられる蓄電装置に充放電させることができるため、電力の需給状態を調整することができる。また、移動体通信の基地局に設けられている蓄電装置を用いることで、時間帯を問わずに多量の電力を吸収することができ、電力系統の安定に効果的に寄与することができる。
電力需要管理装置を含む電力管理システムの全体概要を示す説明図。 電力小売事業の概略を示す説明図。 電力需要管理装置の構成図。 基地局管理テーブルおよびESS管理テーブルの構成図。 選択基準管理テーブルの構成図。 基地局の構成図。 所定時間内で電力の需給を均衡させる様子を示す説明図。 電力供給の計画値と電力需要値とに差が生じる様子を示すグラフ。 充放電の基準値を満充電量よりも低く設定する様子を示す説明図。 電力需要を管理する処理を示すフローチャート。 放電指示処理を示すフローチャート。 充電指示処理を示すフローチャート。 充放電制御の指示に使用するデータの構成例。 蓄電装置(ESS)での充放電処理を示すフローチャート。 第2実施例に係る電力需要管理方法を示すフローチャート。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。以下に述べるように、本実施形態では、需要家の電力需要(消費電力量)を効率的に管理する。需要家には、一般需要家3(1)〜3(3)のほかに、基地局4(1),4(2)を含めることもできる。本実施形態に係る電力需要管理装置1は、一つまたは複数の電力小売業者2(1),2(2)に対して、電力需要を管理するためのサービスを提供する。
電力小売業者には、一般的に、電力系統の安定に参画する責任がある。このため、電力小売業者は、電力の調達量と実際の販売量(需要量)を均衡させる。もしも、電力の需要量の方が調達した電力量(電力供給量)よりも大きい場合、足りない電力を発電所から新たに購入しなくてはならない。この場合、電力小売業者には、その需給見通しの甘さに対して、例えばペナルティ料金が課せられる。電力小売業者が電力市場から購入した電力の料金は、通常料金よりも高い割増料金となる場合がある。
上記とは逆にもしも、電力の需要量の方が調達した電力量よりも少ない場合、余剰電力が生じる。送配電事業者がその余剰電力を安価または無料で引き取るとすると、電力小売業者には経済的損失が発生し、事業の安定性にも影響を与えかねない。
ところで一方、移動体通信の基地局は、需要家の存在するところには必ずと言っていいほど設置されており、全国各地域を網羅している。さらに基地局は、保守点検時を除いて24時間365日の連続稼働するものであり、かつ、通信機能をユーザへ提供するために種々の電気的負荷42(1),42(2)を作動させている。
そこで、本実施形態では、基地局4(1),4(2)の有する上記の性質に着目し、蓄電装置43(1),43(2)を設ける。電力需要管理装置1は、調達した電力供給量が需要量に足りないと判定した場合、蓄電装置43(1),43(2)から電気的負荷42(1),42(2)へ電力を供給させる。蓄電装置の電力を使用する分だけ、基地局は電力系統PLから電力を購入する必要がなくなるため、電力需要が低下する。従って、電力不足が解消または軽減する。
これに対し、電力需要管理装置1は、調達した電力供給量が需要量を上回ると判定した場合、余剰電力を利用して蓄電装置43(1),43(2)へ充電する。そして、上述の通り、蓄電装置43(1),43(2)に蓄えた電力を、電力不足時に使用する。
このように本実施形態の電力需要管理装置1は、基地局4(1),4(2)が蓄電装置を備えているという性質を利用して、電力需給の均衡を図ることができる。電力小売業者2(1),2(2)は、自前の蓄電システムを用意する必要がなく、電力需要管理装置1のサービスを利用するだけで効率的に電力を小売することができる。なお、電力小売事業者が電力販売予定量に責任を持ち、発電事業者が発電予定量に責任を持つという、いわゆる計画値同時同量の考え方がある。計画値同値同量の考え方が導入された場合でも、これらの予定量に対して余剰や不足が発生した場合は、インバランスの発生についての対価を支払うことになる。このため、経済性損失を低減する手法として、本実施形態を利用可能である。
図1〜図14を用いて第1実施例を説明する。図1は、電力管理システムの全体概要を示す構成説明図である。電力管理システムは、例えば、電力需要管理装置1と、一つまたは複数の小売業者2(1),2(2)と、複数の需要家3(1)〜3(3)と、一つまたは複数の移動体通信の基地局4(1),4(2)とを備える。電力小売業者2(1),2(2)は、発電事業者5(1),5(2)の発電した電力を送配電事業者6を介して、需要家3(1)〜3(3)や基地局4(1),4(2)へ供給する。
ここで、電力小売業者2(1),2(2)、需要家3(1)〜3(3)、発電事業者5(1),5(2)、送配電事業者6は、その文脈に応じて、自然人または法人等として扱う場合もあるし、装置等として扱う場合もある。
例えば、電力小売業者2(1),2(2)は、電力取引所や発電事業者5(1),5(2)で調達した電力を需要家3(1)〜3(3)へ販売する法人である。しかし、実際の電力小売に伴う情報処理は、電力小売業者2(1),2(2)が運用するコンピュータにより実行される。また例えば、需要家3(1)〜3(3)は、電気を消費する自然人または法人等であるが、実際に電力を使用するのは家庭電化製品やエレベータなどの電気的負荷である。
また、発電事業者5(1),5(2)は、発電装置を管理し運用する法人であるが、実際に電力を供給するのは発電装置である。従って、発電装置5(1),5(2)または発電所5(1),5(2)と呼ぶこともできる。
また、送配電事業者6は、発電事業者5(1),5(2)の発電した電力を需要家3(1)〜3(3)や基地局4(1),4(2)へ送配電する法人である。しかし、電力の送配電に伴う情報処理は、送配電事業者6の運用するコンピュータシステムで行う。
なお、以下では、特に区別しない場合、符号に添えたかっこ付き数字を取り除いて説明する場合がある。例えば、電力小売業者2(1),2(2)を電力小売業者2と、需要家3(1)〜3(3)を需要家3と、基地局4(1),4(2)を基地局4と、発電事業者5(1),5(2)を発電事業者5と、表現する。後述する他の構成についても同様に、特に区別しない場合はかっこ付き数字を省略することとする。
電力需要管理装置1は、電力小売業者2に対して、需要調整サービスを提供するシステムである。電力需要管理装置1は、電力小売業者2からの要求に応じて、電力系統PLに接続された需要家3および基地局4の電力需要を調整する。その詳細は後述するが、電力需要管理装置1は、需要家3での電力需要が、計画値WPを中心とする上限値HLと下限値LLの範囲に収まるように、基地局4の蓄電装置43の充放電を制御する。
電力需要管理装置1の内部構成は後述し、先に通信接続の構成を説明する。電力需要管理装置1は、通信ネットワークCN1を介して電力小売業者2のシステムに通信可能に接続されており、通信ネットワークCN2を介して基地局4のスマートメータ41に通信可能に接続されている。さらに、電力需要管理装置1は、通信ネットワークCN3を介して、基地局4に設置された蓄電装置43とも通信可能に接続されている。
電力小売業者2は、電力取引市場や発電事業者5(1),5(2)で調達した電力を需要家3(1)〜3(3)へ販売する。そのビジネス形態については後述する。
需要家3は、例えば、個人住宅、集合住宅、商業施設、ビルディング、ホテル、病院、工場、遊園地などである。需要家3は、例えば照明装置、冷蔵庫、洗濯機、空調装置、エレベータ、エスカレータ、自動ドア、電動モータ、音響装置などの各種電気的負荷を備えている。基地局4も電力を消費する需要家の一種であるため、基地局4と特に区別する場合は、一般需要家3と呼ぶ。
ここで、需要家3に設置されるスマートメータ31は、需要家3の消費電力を所定時間ごとに検針し、送配電事業者6のシステムへ送信する。送配電事業者6のシステムは、通信ネットワークCN4を介して電力小売業者2のシステムに接続されており、需要家3の消費電力に関する情報を通信ネットワークCN4を介して電力小売業者2のシステムへ送信する。なお、需要家3のスマートメータ31が電力小売業者2のシステムへ直接的に検針値を送信できる場合は、そのようにしてもよい。図1では、電力小売業者2のシステムが需要家3のスマートメータ31から直接検針値を読み取れるかのように示すが、その構成に限らない。
基地局4は、「所定の設備」の例である。基地局4は、電気的負荷42と蓄電装置43を有する。蓄電装置43を以下、ESS(Energy Storage System)43と呼ぶ。基地局4の構成は後述する。
発電事業者5は、例えば、太陽光発電装置、風力発電装置、太陽熱発電装置、潮力発電装置、ガスタービン発電装置、地熱発電装置などを用いて発電する。発電事業者5は、火力発電所、水力発電所、原子力発電所を用いることもできる。発電事業者5のシステムは、一つまたは複数の電力小売業者2のシステムと通信ネットワークCN5を介して通信可能に接続されている。
送配電事業者6は、発電事業者5から独立した事業主体であり、電力系統PLを構成する送配電網を通じて、需要家3や基地局4へ電力を供給する。送配電事業者6のシステムは、通信ネットワークCN4を介して、電力小売業者2のシステムと通信可能に接続されている。
通信ネットワークCN1〜CN5は、それぞれの目的に応じた通信方式を採用することができる。例えば、無線通信、有線通信のいずれでもよい。また、公衆回線、専用線、LAN(Local Area Network)、インターネットなどの中から適切なものを使用することができる。
図2は、電力小売業者2のビジネス形態の概略を示す。電力取引所7は、電力の売買を仲介する。発電事業者5のシステムは、電力取引所7のシステムに対して、電力の売り注文を出す。電力小売業者2のシステムは、電力取引所7のシステムに対して、電力の買い注文を出す。この売買によって、電力小売業者2と発電事業者5の間に卸売り契約が成立する。
電力小売業者2は、複数の需要家3と電力売買の小売契約を結ぶことができる。電力小売業者2と小売契約を結んだ複数の需要家3は、需要家グループUGを構成する。電力小売業者2は、基地局4を運営する通信事業者との間で、ESS43の使用に関する契約を結ぶこともできる。ESS43の使用契約とは、需要家グループにおける電力需給を均衡させるためにESS43を使用することについての契約である。ここでは、電力小売業者2が通信事業者と直接的に使用契約を結ぶ場合を述べるが、電力需要管理装置1の運営者を介して電力小売業者2と通信事業者とが使用契約を結んでもよい。
電力小売業者2は、使用契約と関係して、または使用契約とは無関係に、通信事業者との間で電力小売契約を結ぶこともできる。電力小売業者2と通信事業者とが直接または関節に小売契約を結んだ場合、その通信事業者の管理する基地局4は、需要家として需要家グループUGに加わる。
図3は、電力需要管理装置1の構成例を示す。電力需要管理装置1は、例えば、マイクロプロセッサ(図中CPU)11と、メモリ12と、記憶装置13と、通信インターフェース部14〜16と、ユーザインターフェース部(図中UI)17とを備える。
マイクロプロセッサ11は、記憶装置13に格納されているコンピュータプログラムP11〜P15と管理テーブルT11〜T13とを用いて、後述のように、電力需給を調整する機能を実現する。メモリ12は、コンピュータプログラムや変数、中間演算結果などの格納場所としてマイクロプロセッサ11に使用される。なお、図3では、オペレーティングシステム、デバイスドライバなどのコンピュータプログラムは省略している。
通信インターフェース部14〜16は、外部の装置と通信するための装置である。第1の通信インターフェース部14は、通信ネットワークCN1を介して、電力小売業者2のシステムや情報サーバ8と通信する。情報サーバ8とは、例えば、気象情報、災害情報などを配信するサーバである。
第2の通信インターフェース部15は、通信ネットワークCN2を介して、基地局4のスマートメータ41と通信し、検針値を取得する。第3の通信インターフェース部16は、通信ネットワークCN3を介して、ESS43と通信する。
情報収集部P11は、外部から各種の情報を収集する機能である。情報収集部P11は、スマートメータ41から検針値を、ESS43から充放電の結果を、取得する。情報収集部P11は、電力小売業者2のシステムから、需要家3に設置されたスマートメータ31の検針値、計画する電力供給量などを取得する。さらに、情報収集部P11は、情報サーバ8から気象情報などを取得する。
電力需要予測部P12は、需要家グループUG内の各需要家3(および基地局4)の電力消費量の瞬時値に基づいて、現在よりも先の所定の制御区間における電力需要を予測する機能である。
充放電制御部P13は、電力需要予測部P12の予測結果と、電力小売業者2のシステムから取得する電力供給量の計画値とを比較し、両者の差異を算出する。そして、充放電制御部P13は、算出した差異を低減または解消すべく、ESS43に充電するか、またはESS43から放電させるかを決定する。充放電制御部P13の決定は、制御指示を伝えるためのデータに格納されて、通信インターフェース部16から所定のESS43へ送信される。
実績確認部P14は、ESS43の充放電により、需要家グループUGでの電力需給の結果を確認する。実績確認部P14は、例えば、電力小売業者2のシステムおよび基地局4のスマートメータ41から取得する情報に基づいて、需給調整の結果を確認することができる。
履歴管理部P15は、例えば、ESS43の充放電の履歴、基地局4の作動状態、需要家グループUGの電力需給状態などを管理する。管理テーブルT11〜T13については図を改めて後述する。
図4は、基地局管理テーブルT11およびESS管理テーブルT12の例を示す。基地局管理テーブルT11から先に説明する。
基地局管理テーブルT11は、基地局4を管理するためのテーブルであり、例えば、基地局ID C110、タイプC111、位置C112、トラヒック量C113、停電回数C114、周囲環境の予測C115、基本消費電力C116を対応付けて管理する。
基地局ID C110は、各基地局4を識別するための情報である。タイプC111は、基地局4のタイプを示す。基地局のタイプには、例えば、マクロセル、マイクロセル、ピコセル、スモールセル、フェムトセルがある。位置C112は、基地局4の設置場所を特定する情報である。位置情報は、例えば市街地図上での住所でもよいし、緯度・経度でもよい。
トラヒック量C113は、基地局4を流れる通信量である。トラヒック量は、所定時間ごとに計測して記録することができる。停電回数C114は、基地局4が停電した回数を示す。周囲環境の予測C115は、例えば、天気や温度などの基地局4の周囲環境が悪化するか否かを予測した情報である。周囲環境の予測処理は、例えば、履歴管理部P15で実行してもよいし、他のコンピュータプログラムで実行してもよい。台風が近づいてきたり、温度が急激に低下したりする基地局4のESS43を、需給調整用ESSとして選択しないためである。基本消費電力C116は、例えば、基地局4で消費する電力の基準値である。基本消費電力の値は、基地局4のタイプC111によりおおむね定まる。
ESS管理テーブルT12を説明する。ESS43を管理するテーブルT12は、例えば、基地局ID C120、ESS ID C121、状態C122、容量C123、SOC(State of charge) C124、充放電回数C125、温度C126、BCP状態C127を対応付けて管理する。
基地局ID C120は、各基地局4を識別する情報であり、基地局管理テーブルT11の基地局ID C110と共通の値が使用される。ESS ID C121は、ESS43を識別する情報である。ESS ID C121の下にさらに、モジュールやセル、バンクなどの単位で蓄電池を識別するための情報を設けてもよい。
状態C122は、ESS43の状態を示す。ESSの状態には、例えば、通常(充電も放電もしていない状態)、充電中、放電中、停電中などがある。容量C123は、ESS43の定格容量である。SOC C124は、ESS43の残容量である。
充放電回数C125は、充放電の回数の積算値である。温度C126は、ESS43の温度である。基地局4内の温度をESS43の温度として使用してもよい。BCP状態C127は、BCP用蓄電池44(図6参照)の状態を示す。BCPとは、Business continuity planningの略であり、BCP用蓄電池44とは、停電時などでも、基地局としての機能を継続するために使用する電力を蓄える装置である。もちろんBCP用蓄電池をESS43で賄っても構わない。つまり、ESS43の蓄電量の一部を、停電時などに基地局4の機能を維持するために用いる構成としてもよい。
図5は、選択基準管理テーブルT13の例を示す。選択基準とは、各ESS43の中から、電力の需給ギャップを埋めるために使用する所定のESS43を選択するための基準である。電力需要管理装置1の充放電制御部P13は、管理テーブルT13に登録されている各選択基準の中から少なくとも一つの選択基準を用いて、充放電させるESS43を選択する。
以下、選択基準の例を説明する。第1の選択基準は、基地局4の停電回数の統計値に基づいてESS43を選択する。第1の選択基準では、停電回数が所定の停電基準値よりも少ない基地局4を選択したり、または、停電回数が所定の停電基準値よりも多い基地局4を選択対象から除外したりする。
第2の選択基準は、SOCに基づいてESS43を選択する。第2の選択基準では、所定の放電基準値よりも大きいSOCを有するESS43を放電対象として選択したり、所定の充電基準値よりも小さいSOCを有するESS43を充電対象として選択する。逆に、第2の選択基準では、所定の放電基準値よりも小さいSOCを有するESS43を放電対象から除外したり、所定の充電基準値よりも大きいSOCを有するESS43を充電対象から除外したりすることもできる。
第3の選択基準は、劣化状態に基づいてESS43を選択する。劣化状態は、例えば充放電回数から求めることができる。第3の選択基準では、所定の充放電基準値よりも少ない充放電回数のESS43を選択したり、逆に、所定の充放電基準値よりも多い充放電回数のESS43を選択対象から除外したりする。劣化状態は、ESS43の充放電特性の変化から求めることもできる。
第4の選択基準は、基地局4の周囲環境に基づいてESS43を選択する。第4の選択基準では、例えば、台風が近づいている地域のESS、気温が所定温度以下に低下している地域のESS、災害発生地域のESSを選択対象から除外する。
第5の選択基準は、ESS43と同じ基地局4に設置されているBCP用蓄電池44の作動状態に基づいて、ESS43を選択する。第5の選択基準では、BCP用蓄電池44へ充電している場合、ESS43を充電対象から除外する。BCP用蓄電池44への充電中にESS43まで充電を開始すると、その基地局4へ電力系統PLから供給される電力量が増大し、契約値を超えたり、受電設備に負担がかかったりするためである。
図6は、基地局4の構成例を示す。基地局4は、例えば、基地局装置42A、ESS43、空調装置42B、監視装置42C、BCP用蓄電池44などを備える。なお、図6では、BCP用蓄電池44とESS43を別々に設ける場合を示しているが、これに限らず、ESS43がBCP用蓄電池の代わりを務める構成でもよい。この場合、別体のBCP用蓄電池44を基地局4内に設ける必要がない。
基地局装置42Aは、空調装置42Bおよび監視装置42Cと共に、電気的負荷の例を示している。図1で負荷42と示した内容の一例が、基地局装置42A、空調装置42B、監視装置42Cである。
基地局装置42Aは、例えば、増幅装置421、変復調装置422、呼処理装置423、基地局制御装置424などを備える。空調装置42Bは、基地局4の中を所定の温度および湿度に保つための環境維持装置である。監視装置42Cは、基地局4の内部または周辺に異常が生じたりしていないかを遠隔監視するための保安装置である。これら各装置42A〜42Cは、保守点検時などの特別な場合を除いて、基本的に24時間365日稼働し、その稼働に応じて電力を消費する。なお、基地局4は、上述の装置42A〜42C以外の電気的負荷を備えてもよい。
ESS43は、需要家グループUG内の電力需給を調整するために基地局4内に設置された蓄電装置(蓄電システム)である。ESS43は、例えば、蓄電池431と、制御部432と、通信部433を備える。
蓄電池431は、多数のバッテリセルを直列または並列に接続することで構成されており、電力系統PLからの電力を蓄積したり、蓄積した電力を各装置42A〜42Cへ供給したりする。蓄電池431には、例えば、リチウムイオンバッテリのように大容量かつ高性能の蓄電池が使用される。
蓄電池431に複数のバンク431を設定し、バンクごとに分けて使用することもできる。図6では、一例として3つのバンク431A〜431Cを挙げる。バンク数は2でも4以上でもよい。区別しない場合はバンク431と呼ぶ。例えば、バンク431Aの充放電能力は、ある電力小売業者2の需要家グループUGに割り当て、バンク431Bの充放電能力は、それとは異なる電力小売業者2の需要家グループUGに割り当てることができる。これにより、同一のESS43を、それぞれ異なる電力小売業者2が使用することができる。さらに、各電力小売業者2をランク分けし、ランクの高い電力小売業者2には多くのバンク431を割り当て、ランクの低い電力小売業者2には少ないバンク431を割り当てることもできる。
BCP用蓄電池44は、上述のように、基地局4の機能を継続して提供するための電力を貯蔵する。BCP用蓄電池44には、例えば、鉛蓄電池のように安価な蓄電池が使用される。BCP用蓄電池44の作動を制御するコントローラ441は、常時一定値以上のSOCを維持するように、BCP用蓄電池44のSOCを制御する。そして、コントローラ441は、基地局4が停電したことを検知すると、BCP用蓄電池44を放電させて、各装置42A〜42Cへ非常用電力を供給する。
ESS43の制御部432は、コントローラ441を通じて、BCP用蓄電池44の状態(例えば通常、充電中、放電中)を取得し、その取得した情報を電力需要管理装置1へ送信する。
図7は、所定時間ST内で電力の需給を均衡させる様子を示す。例えば、電力小売業者2は、30分間程度の所定時間ST内で、電力の供給と需要とを均衡させるという責任を負う場合がある。同一時間ST内で、電力供給量(計画値)と電力需要量とを等しくさせるという責任は、例えば、同時同量の原則と呼ばれる。
図8は、図1でも言及した通り、需要家グループでの電力需要を、電力供給の計画値WPを中心とする上限値HLと下限値LLの範囲に収まるように、制御する様子を示す。上限値HLは例えば3%であり、下限値LLは例えば−3%である。以下、WPを電力供給量、計画した供給量などと呼ぶ場合がある。
契約の内容によるが、計画した供給量WPから下限値LL以下、余剰電力が生じた場合、その余剰電力は無料で送配電事業者6が引き取る場合がある。計画した供給量WP(以下、計画値とも呼ぶ)から上限値HL以上の電力不足が生じた場合、電力小売業者2にはペナルティが課せられる。ペナルティとしては、不足した電力を調達するための費用を通常費用よりも高くすることなどが考えられる。
図9は、ESS43のSOCを制御する様子を示す。本実施例のESS43は、所定の最低充電量Cc%だけは充電でき、かつ、所定の最低放電量Cd%だけは放電できるように、SOCの基準値CS%を設定している。
最低充電量Cc%は保証充電量と呼ぶこともでき、例えば、所定係数K1に最大充電可能量Cmax(Cmax=100%−CS%)を乗じた値として算出できる(Cc=K1・Cmax)。ここで、所定係数K1は、仕様上の制約で、例えば0.9程度に設定される場合がある。
最低放電量Cd%は、保証放電量と呼ぶこともでき、例えば、所定係数K2に最大放電可能量Dmax(Dmax=CS%)を乗じた値として算出できる(Cd=K2・Dmax)。所定係数K2も、仕様上の制約で、例えば0.9程度に設定される場合がある。
本実施例のESS43では、充電終了時のSOCは、(CS+Cc)%となる。放電終了時のSOCは、(CS−Cd)%となる。このように、ESS43のSOCを中間程度の値(例えば40〜60%)を基準として制御することで、常にある程度の電力を充電したり放電したりすることができる。従って、ESS43を需要家グループUGでの電力需給の調整に使用することができる。
図10は、電力需要管理装置1により実行される、電力需要を管理する処理を示すフローチャートである。
電力需要管理装置1は、需給調整対象の需要家グループUG内の各需要家3および基地局4の瞬時電力値(例えば1分値)を取得する(S10)。電力需要管理装置1が各需要家3のスマートメータ31から瞬時電力値を直接取得できない場合は、電力小売会社から需要家3のスマートメータ31の検針値を間接的に取得する。電力需要管理装置1が各需要家3の瞬時電力値を直接、間接いずれも取得出来ない場合は、ステップS10では、各需要家3の瞬時電力値を検針値(30分値)の履歴から推定することができる。
電力需要管理装置1は、ステップS10で取得した瞬時電力値に基づいて、次の需給調整対象時間ST(例えば30分値)における電力需要を予測する(S11)。電力需要の変化にはパターンがあるため、今の瞬時電力値(推定値を含んでもよい)に基づいて、将来の電力需要を予測することができる。予測アルゴリズムは一次直線の外挿補間等でよい。
電力需要管理装置1は、予測した電力需要WEと電力小売業者2が計画している電力供給量WPとの差が所定の閾値Th1以上であるか判定する(S12)。電力需要管理装置1は、電力需要WEと計画供給量WPの差が閾値Th1以上であると判定すると(S12:YES)、所定のESS43から基地局4内の負荷42へ電力を供給させるための放電指示処理を実行する(S13)。閾値Th1は、所定のESS43から放電を開始させるための放電開始用閾値である。放電指示処理については図11で後述する。
電力需要管理装置1は、予測した電力需要WEと計画供給量WPの差が閾値Th1以上ではない場合(S12:NO)、その差(=WE−WP)が他の閾値Th2未満であるか判定する(S14)。電力需要管理装置1は、その差(=WE−WP)が閾値Th2未満であると判定すると(S14:YES)、電力系統PLからの電力で所定のESS43を充電させるための充電指示処理を実行する(S15)。他の閾値Th2は、所定のESS43への充電を開始させるための充電開始用閾値である。充電指示処理については図12で後述する。
所定のESS43による放電処理または充電処理が終了すると、電力需要管理装置1は、各スマートメータ31、41が検針する時刻かどうかを確認する(S16)。例えば、時刻t=0分、t=30分。そして、電力需要管理装置1は、時刻tが各スマートメータ31、41が検針する時刻tと判定したときに、各スマートメータ31,41の検針値(例えば、30分値)を取得し、需給調整後の実績値WRを算出する(S17)。
上述のように、電力需要管理装置1が需要家3のスマートメータ31の検針値を直接取得できない場合は、電力小売会社から需要家3のスマートメータ31の検針値を間接的に取得する。
電力需要管理装置1は、ESS43の充放電により達成した電力需要の実績値WRと、計画供給量WPの差が修正用閾値Th3以上であるか判定する(S18)。その差(=WR−WP)が修正用閾値Th3以上の場合(S18:YES)、電力需要管理装置1は、需給調整用の係数を修正する(S19)。
ここで、需給調整用の係数としては、例えば、放電開始用閾値Th1、充電開始用閾値Th2である。さらに、放電開始時刻と放電終了時刻の時間差、充電開始時刻と充電終了時刻の時間差なども、ステップS19の対象とする係数に加えてもよい。つまり、ステップS19では、ESS43による電力需給調整が十分に働いていない場合に、需給調整に使用する係数を修正する。例えば、放電開始のタイミングを早めることで電力不足をさらに抑制したり、充電を終了するまでの時間を短縮することで余剰電力をさらに多く吸収したりする。ステップS19では、ステップ11における電力需要WEを予測する予測アルゴリズムを変更してもよい。
図11は、放電指示処理を示すフローチャートである。電力需要管理装置1は、各ESS43の中から、放電対象のESS43を選択する(S30)。放電対象として選択されるESS43が「所定の蓄電装置(ESS)」に対応する。電力需要管理装置1は、図5に示した選択基準の一つまたは複数を用いて、放電対象のESS43を選択することができる。
電力需要管理装置1は、放電対象のESS43から放電させる電力量である放電指示値を算出する(S31)。さらに、電力需要管理装置1は、放電対象のESS43から基地局4内の電気的負荷42A〜42Cへ電力を供給させるための放電タイミングを決定する(S32)。放電指示値と放電タイミングは、電力不足が上限値HLを上回らないように設定される。
電力需要管理装置1は、放電指示用のデータ(図13で後述)を生成し、放電対象のESS43へ送信する(S33)。放電対象のESS43が放電して、基地局4の負荷42(例えば42A〜42C)に電力を供給すれば、その分だけ基地局4は電力系統7から電気を購入する必要がないため、全体としての電力需要が低減する。
図12は、充電指示処理を示すフローチャートである。電力需要管理装置1は、各ESS43の中から、充電対象のESS43を選択する(S40)。充電対象として選択されるESS43が「所定の蓄電装置(ESS)」に対応する。電力需要管理装置1は、図5に示した選択基準の一つまたは複数を用いて、充電対象のESS43を選択する。
ここで、充電対象のESS43は、複数選択されるのが好ましい。できるだけ多くのESS43で分散して余剰電力を吸収すれば、一台あたりのESS43への充電量を少なくできる。これにより、電力系統PLから基地局4へ多量の電力が流入するのを防止でき、受電設備に過大な負担がかかるのを防止できる。同様の理由で、BCP用蓄電池44への充電が行われていないESS43を充電対象として選択するのが好ましい。
なお、放電対象のESS43も複数選択するのが好ましいが、その数は充電対象ESS43よりも少なくてもよい。
電力需要管理装置1は、充電対象のESS43に充電させる電力量である充電指示値を算出する(S41)。さらに、電力需要管理装置1は、充電対象のESS43へ充電するための充電タイミングを決定する(S42)。充電指示値と充電タイミングは、余剰電力が下限値LLを下回らないように設定される。
電力需要管理装置1は、充電指示用のデータ(図13で後述)を生成し、充電対象のESS43へ送信する(S43)。
図13は、放電指示または充電指示に使用するデータD1の構成例を示す。指示用データD1は、例えば、基地局ID DF10、ESS ID DF11、充放電の区別DF12、目標電力量DF13、開始時刻DF14、終了時刻DF15を含むことができる。
基地局ID DF10は、指示用データの宛先であるESS43を有する基地局4を特定する情報である。ESS ID DF11は、指示先のESS43を特定する情報である。充放電の区別DF12は、この指示用データが充電を指示するのか、それとも放電を指示するのかを区別するための情報である。
目標電力量DF13は、目標の充電量、または目標の放電量を示す。開始時刻DF14は、充電または放電を開始する時刻である。終了時刻DF15は、充電または放電を終了する時刻である。
充放電の実行時期を指定するのは、複数のESS43を使用して電力需給を調整する場合に、タイミングを合わせるためである。例えば、電力需要管理装置1とESS43とを繋ぐ通信ネットワークCN3に遅延が生じた場合、選択した各ESS43の充放電開始時期が異なり、所望の効果を奏しない可能性がある。つまり、各ESS43が指定した時刻で動作すれば、余剰電力や電力不足を十分に抑制できるが、各ESS43の動作時期がずれると、抑制できないおそれがある。
そこで、本実施例では、所定のESS43に対し、実行時刻を指定して充放電を指示している。これにより、充放電を実際に必要とする時刻よりも前に、所定のESS43に対して指示を与えておくことができる。なお、例えば一定値以上の通信品質が保たれているような場合、充放電の実行時刻を指定せずに、充放電を必要とするタイミングで所定のESS43へ指示してもよい。
図14は、ESS43の充放電処理を示すフローチャートである。電力需要管理装置1により選択されたESS43は、電力需要管理装置1からの指示用データD1を受信すると(S50)、制御部432内の記憶領域に一時保存する。
ESS43は、指示用データD1で指定された開始時刻が到来したか監視しており(S51)、開始時刻になると(S51:YES)、指示用データD1で指示された内容に従って、充電または放電する(S52)。
ESS43は、指示用データD1で指定された終了時刻が到来したか監視しており(S53)、終了時刻になると(S53:YES)、ステップS52の結果を電力需要管理装置1へ送信する(S54)。例えば、指示された充電または放電を正常に終了した場合、ESS43は、ACKを電力需要管理装置1へ送信する。正常に終了しなかった場合、ESS43は、NAKを電力需要管理装置1へ送信する。
このように構成される本実施例によれば以下の作用効果を奏する。本実施例の電力需要管理装置1は、基地局4の性質を利用して、需要家グループUG内での電力需給の均衡を図ることができる。従って、電力小売業者2は、自前の蓄電システムを用意する必要がなく、電力需要管理装置1のサービスを利用するだけで、効率的に電力を小売することができる。
特定の電気的負荷に対応付けられていない蓄電システムを設けて、電力需給の均衡を図る場合、いったん満充電になった蓄電システムには、それ以上充電することができないため、余剰電力を抑制できず、無駄にしてしまうおそれがある。また、蓄電システムを設置するための土地や建物も必要になるため、投資コストが大きい。
電気自動車のバッテリを用いて電力需給の均衡を図る場合も、停止中の電気自動車に電気的負荷が接続されているとは限らない。もしも、停車中の電気自動車が電的負荷に接続可能であるとしても、充電するための空き容量を用意できるほど消費電力が大きいとは限らない。
逆に、電気自動車は、目的地まで走行するための手段であるから、車載バッテリには走行という目的を達成するために必要な電力を常に残しておく必要がある。停車中の電気自動車が消費電力の大きい電気的負荷に接続されると、必要なときに走行することができず、電気自動車としての目的を達成できない。
停車中の電気自動車は、走行に備えて十分に充電されていることが望ましいため、余剰電力を吸収する余地が少ない。同様に、走行に備えて十分に充電されていることが望ましいため、電力不足解消のために多量の電力を放電させるのは難しい。
そもそも電気自動車は、自由に走行できるため、停車位置もまちまちであり、その時々の使用目的も異なるため、安定した蓄電システムとして期待することはできない。
これに対し、本実施例では、常時稼働する特定の電気的負荷42A〜42Cに対応付けられるESS43を用いるため、常に充電可能であり、余剰電力の抑制に使用することができる。そして、蓄えた余剰電力を使って、電力不足に対応できる。
また、基地局4は、需要家3の存在するところであればどこにでも存在するため、必要な場所にESS43を設置しやすい。ESS43を設置するための土地や建物を確保する必要はない。従って、投資コストを低減できる。
通信事業者にとっては、基地局4内の空いた空間を利用してESS43を設置することができ、ESS43を介して各負荷42A〜42Cへ電力を供給することで、ESS43をBCP用蓄電池43の代わりに、または既存のBCP用蓄電池43の補強用に、使用することができる。
本実施例では、充放電を複数のESS43に分散して実行させると共に、各ESS43には実行時期を指定して充放電を指示する。従って、特定の少数のESS43を偏って使用するのを抑制し、かつ、決まった時間に充放電を行うことができる。この結果、複数のESS43を用いて効果的に電力需給の差を抑制できる。
図15を用いて、第2実施例を説明する。本実施例は、第1実施例の変形例に該当するため、第1実施例との差異を中心に説明する。本実施例では、電力需要管理装置1が各ESS43に需給調整への参加の是非を問合せ、参加可能と回答したESS43の中から選択基準に従ってESS43を選択する。
図15は、本実施例に係る電力需要管理方法を示すフローチャートである。電力需要管理装置1は、需要家グループUG内の各需要家3および基地局43から瞬時電力値を取得する(S60)。
電力需要管理装置1は、電力需要WEを予測する(S61)。電力需要管理装置1は、充電させるのか放電させるのかを判別し、さらに、電力の需給調整に必要な充電量または放電量を算出する(S62)。
電力需要管理装置1は、その管理下にあるESS43の中から、候補となるESS43を抽出する(S63)。例えば、電力需要管理装置1は、各ESS43のうち、通常状態にあるESS43を候補として選択する。
電力需要管理装置1は、候補の各ESS43に対し、電力需給の調整に参加できるかを問い合わせる(S64)。各ESS43は、その問合せに対して参加の可否を判定し、その結果を返信する(S65,S66)。
電力需要管理装置1は、問合せ先からの返信を受信すると(S67)、参加可能と回答したESS43の中から、充放電対象のESS43を決定する(S68)。電力需要管理装置1は、決定したESS43に対して指示用データD1を送信し、充電または放電を指示する(S69)。指示用データD1を受信した各ESS43は、その指示内容に従って充電または放電を行い、その結果を返信する。
電力需要管理装置1は、充電または放電の結果を各ESS43から受信すると(S71)、第1実施例で述べたように、検針値を収集して実績値を確認したり、係数を修正したりする(S72)。
このように構成される本実施例も第1実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例では、充放電対象のESS43を決定するに際して、電力需要管理装置1と各ESS43とが処理を分担するため、電力需要管理装置1の処理負荷を軽減できる。
なお、第1実施例、第2実施例ともに電力小売業者が電力の調達量と実際の販売量(需要量)を均衡させることを目的とした電力需要管理について記載したが、本発明は、それに限らない。例えばデマンドレスポンスにおいて、需要卸市場価格の高騰時または系統信頼性の低下時に、需要家側が電力の使用を抑制するよう電力会社あるいはアグリゲータから抑制を要求または依頼されたり、企業内で電力需要を抑制したりするようなケースにおける電力需要管理にも利用できる。具体的には、図10における計画供給量WPに、電力会社、アグリゲータあるいは企業内から通知される抑制電力量を加味すればよい。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
1:電力需要管理装置、2:電力小売業者、3:需要家、4:基地局、5:発電事業者、6:送配電事業者、31,41:スマートメータ、42:電気的負荷、43:ESS、CN1〜CN5:通信ネットワーク、PL:電力系統

Claims (13)

  1. 電力系統に接続される需要家グループでの電力需要を管理する電力需要管理装置において、
    複数の蓄電装置であって、常時作動する所定の設備にそれぞれ設けられる蓄電装置に通信可能に接続されており、
    前記需要家グループへ供給予定の電力供給量と、前記需要家グループで生じると予測される電力需要量との差を算出し、
    前記差に応じた電力量を、前記各蓄電装置のうち所定の選択基準に従って選択される所定の蓄電装置に充電または放電させることで低減させる、
    電力需要管理装置。
  2. 前記所定の設備とは、移動体通信の基地局であり、
    前記各蓄電装置は、前記基地局の有する電気的負荷へ電力を供給するように設けられており、
    前記基地局は前記需要家グループに含まれている、
    請求項1に記載の電力需要管理装置。
  3. 前記電力需要量の方が前記電力供給量よりも大きいと判定した場合、前記所定の蓄電装置に放電させることで、前記電力需要量と前記電力供給量との差を低減させる、
    請求項2に記載の電力需要管理装置。
  4. 前記電力需要量の方が前記電力供給量よりも小さいと判定した場合、前記所定の蓄電装置に充電させることで、前記電力需要量と前記電力供給量との差を低減させる、
    請求項3に記載の電力需要管理装置。
  5. 前記蓄電装置が、所定の最低充電量だけは充電でき、かつ、所定の最低放電量だけは放電できるように、残容量を制御する、
    請求項4に記載の電力需要管理装置。
  6. 前記所定の基準として、前記基地局に過去に発生した停電回数に基づいて選択する基準、前記蓄電装置の残容量に基づいて選択する基準、前記蓄電装置の劣化に基づいて選択する基準、前記基地局の環境に基づいて選択する基準、の中から少なくとも一つを選択して使用する、
    請求項5に記載の電力需要管理装置。
  7. 前記所定の蓄電装置を複数選択し、前記電力需要量と前記電力供給量との差を前記各所定の蓄電装置に分散して充電または放電させる、
    請求項6に記載の電力需要管理装置。
  8. 前記蓄電装置は、前記基地局としての機能を維持するために必要な電力を蓄える機能維持用の蓄電装置とは別に設けられる、
    請求項7に記載の電力需要管理装置。
  9. 前記機能維持用の蓄電装置への充電が行われていない基地局に設けられている蓄電装置を、充電対象の所定の蓄電装置として選択する、
    請求項8に記載の電力需要管理装置。
  10. 前記所定の蓄電装置には、時刻を指定して充電または放電させる、
    請求項1〜9のいずれかに記載の電力需要管理装置。
  11. 前記需要家グループは、電力を小売りする所定の電力小売業者に関連付けられている複数の需要家のグループとして構成されており、
    前記電力供給量は、前記電力小売業者の有するコンピュータから取得し、
    前記電力需要量は、前記需要家グループ内の各需要家に設けられる電力計から直接的または間接的に取得する瞬時電力値と、前記基地局に設けられる電力計から直接的または間接的に取得する消費電力とに基づいて予測する、
    請求項10に記載の電力需要管理装置。
  12. マイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサにより実行されるコンピュータプログラムを記憶する記憶装置と、前記マイクロプロセッサが前記各蓄電装置と前記各電力計および前記電力小売業者のコンピュータと通信するための通信インターフェース装置とを備えており、
    前記マイクロプロセッサは、前記コンピュータプログラムを前記記憶装置から読み出して実行することで、
    前記通信インターフェース部を介して前記電力小売業者のコンピュータから前記電力供給量を取得し、
    前記通信インターフェース部を介して前記各電力計から取得する瞬時電力値に基づいて、前記需要グループでの電力需要量を予測し、
    前記電力供給量と前記電力需要量との差を算出し、
    前記差に応じた電力量を前記所定の蓄電装置に充電または放電させるための指示情報を作成し、
    前記指示情報を前記通信インターフェース部から前記所定の蓄電装置へ送信し、
    前記所定の蓄電装置での充電または放電の結果を確認し、
    前記充電または放電の結果に基づいて、前記指示情報の作成に使用する設定値を調整する、
    請求項11に記載の電力需要管理装置。
  13. 電力系統に接続される需要家グループでの電力需要をコンピュータで管理する電力需要管理方法において、
    前記コンピュータは、複数の蓄電装置であって、常時作動する所定の設備にそれぞれ設けられる蓄電装置に通信可能に接続されており、
    前記コンピュータは、
    前記需要家グループへ供給予定の電力供給量と、前記需要家グループで生じると予測される電力需要量との差を算出し、
    前記差に応じた電力量を、前記各蓄電装置のうち所定の選択基準に従って選択される所定の蓄電装置に充電または放電させることで低減させる、
    電力需要管理方法。
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