JP2016119745A - 電力管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池装置の発電電力をより有効に利用することができる電力管理システムを提供する。【解決手段】電力管理システム１は、太陽電池装置２と、蓄電装置３と、制御装置７とを備える。太陽電池装置２は、太陽電池２０により発電される直流電力を交流電力に変換して電力系統８に逆潮流させるとともに、電力系統に逆潮流される交流電力の電圧が上限値を超えることを回避すべく出力電力を制限する電力制限制御を実行する。蓄電装置は、太陽電池装置２、及び電力系統８から供給される電力を充電する。制御装置７は、電力制限制御の実行期間内に太陽電池装置２により発電される電力量のうち、廃棄される電力量である廃棄電力量の推定値を演算する。蓄電装置３は、充電完了時の充電可能電力量が廃棄電力量の推定値以上になるように電力系統８からの充電を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、需要家の電力を管理する電力管理システムに関する。

従来、この種の電力管理システムとしては、特許文献１に記載のシステムがある。特許文献１に記載の電力管理システムは、太陽電池装置と、パワーコンディショナとを備えている。パワーコンディショナは、太陽電池装置により生成される直流電力を昇圧するとともに、昇圧された直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナは、生成された交流電力を需要家の電気機器に供給するとともに、電力系統に逆潮流させる。パワーコンディショナは、電力系統への電力の逆潮流により需要家受電端における交流電力の電圧が上限値（１０７［Ｖ］）に近づいた際、パワーコンディショナの出力電圧が所定値以上である場合には、出力電力を抑制する電力抑制運転を行う。

特開２００４−８８９４９号公報

ところで、特許文献１に記載の電力管理システムでは、パワーコンディショナが電力抑制運転を行っている期間に太陽電池装置により生成される電力は廃棄されてしまう。そのため、電力の有効利用の観点からすると、改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池装置の発電電力をより有効に利用することができる電力管理システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、需要家（Ｈ１）の電力を管理する電力管理システム（１）は、太陽電池装置（２）と、蓄電装置（３）と、推定部（７）とを備える。太陽電池装置は、太陽電池（２０）により発電される直流電力を交流電力に変換して電力系統に逆潮流させるとともに、電力系統に逆潮流される交流電力の電圧が上限値を超えることを回避すべく出力電力を制限する電力制限制御を実行する。蓄電装置は、太陽電池装置、及び電力系統から供給される電力を充電する。推定部は、電力制限制御の実行期間内に太陽電池装置により発電される電力量のうち、廃棄される電力量である廃棄電力量の推定値を演算する。蓄電装置は、充電完了時の充電可能電力量が廃棄電力量の推定値以上になるように電力系統からの充電を行う。

この構成によれば、蓄電装置の充電が完了した際に、蓄電装置の充電可能電力量が廃棄電力量の推定値以上の値に設定されている。すなわち、蓄電装置は、廃棄電力量の推定値以上の電力量を充電可能な状態となっている。これにより、その後に太陽電池装置で発生する廃棄電力量を蓄電装置に充電することができるため、太陽電池装置の発電電力をより有効に利用することができる。

本発明によれば、太陽電池装置の発電電力をより有効に利用することができる。

電力管理システムの第１実施形態についてその概略構成を示すブロック図。 第１実施形態の電力管理システムについて制御装置により実行される処理の手順を示すフローチャート。 第１実施形態の電力管理システムについて制御装置のメモリに記憶されている情報を示すテーブル。 電力管理システムの第２実施形態について制御装置により実行される処理の手順を示すフローチャート。 第２実施形態の電力管理システムについて制御装置のメモリに記憶されている情報を示すテーブル。

＜第１実施形態＞
以下、電力管理システムの第１実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態の電力管理システム１は需要家Ｈ１に設置され、需要家Ｈ１の電力を統括的に管理するシステムである。電力管理システム１は、太陽電池装置２と、蓄電装置３と、分電盤４と、負荷５と、計測ユニット６と、制御装置７とを備えている。負荷５は、需要家Ｈ１の各種電子機器である。

太陽電池装置２は、太陽電池２０と、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）２１とを有している。

太陽電池２０は、単体の太陽電池がモジュール化された構造からなり、日射量に応じた直流電力を生成する。太陽電池２０は、生成した直流電力をパワーコンディショナ２１に出力する。

パワーコンディショナ２１は、図示しない昇圧回路やインバータ回路等を有しており、太陽電池２０により生成される直流電力を昇圧するとともに、昇圧された直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナ２１は、変換した交流電力を蓄電装置３や負荷５に分電盤４を介して供給する。また、パワーコンディショナ２１は、供給可能な電力のうち、蓄電装置３や負荷５への供給電力を超える余剰分の電力を電力系統８の柱上変圧器８０に逆潮流させる、いわゆる売電を行う。その際、パワーコンディショナ２１は、柱上変圧器８０に逆潮流される交流電力の電圧（系統電圧）が上限値（例えば１０７［Ｖ］）を超える場合には、電力系統８への交流電力の逆潮流を遮断する電力抑制制御を実行する。本実施形態では、この電力抑制制御が電力制限制御に該当する。

パワーコンディショナ２１は、太陽電池２０の発電量Ｐｇを監視しており、当該発電量Ｐｇの情報を図示しないメモリに記憶している。また、パワーコンディショナ２１は、電力抑制制御の実行の際、その実行時間Ｔｅと、廃棄電力量Ｐｄとを監視している。廃棄電力量Ｐｄは、電力抑制制御の実行期間内に太陽電池２０により発電される電力量、換言すれば電力抑制制御の実行により電力系統８に逆潮流されずに廃棄される電力量を示す。パワーコンディショナ２１は、電力抑制制御の実行の都度、その実行時間Ｔｅと廃棄電力量Ｐｄとをメモリに逐次記憶している。

なお、柱上変圧器８０には、需要家Ｈ１だけでなく、他の需要家Ｈ２も接続されている場合がある。この場合、パワーコンディショナ２１は、各需要家Ｈ１，Ｈ２から柱上変圧器８０に逆潮流される総電力の電圧が上限値を超える場合に電力抑制制御を実行することになる。すなわち、柱上変圧器８０に接続される需要家の数が増えるほど、電力抑制制御が作動し易くなる。

蓄電装置３は、太陽電池装置２あるいは電力系統８から分電盤４を介して供給される電力を充電する。具体的には、蓄電装置３は、夜間に電力系統８から分電盤４を介して電力を充電する。電力系統８からの充電開始時刻Ｔｓは、予め定められた時刻（例えば２３時）に設定されている。また、蓄電装置３は、日中に太陽電池装置２から供給される余剰分の電力を充電する。蓄電装置３は、これらの充電制御に加え、例えば日中に充電された電力を放電することにより、負荷５に電力を供給する放電制御も実行する。

蓄電装置３は、分電盤４内の主継電器の上流側に配置される電流センサ３０を有している。電流センサ３０は、分電盤４から電力系統８側に流れる電流を検出する。蓄電装置３は、電流センサ３０を通じて分電盤４から電力系統８側に流れる電流を検出した場合、すなわち蓄電装置３から電力系統８への電力の逆潮流を検出した場合には、放電を停止する。

また、蓄電装置３は、充電された電力量、及び放電された電力量を計測しており、それらの充放電電力量Ｐｃｄの情報を図示しないメモリに記憶している。

計測ユニット６は負荷５の総消費電力量Ｐｔｃを計測する。計測ユニット６は、計測された負荷５の消費電力量Ｐｔｃの情報を制御装置７に送信する。

制御装置７は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、メモリ７０等を有している。制御装置７は、パワーコンディショナ２１、蓄電装置３、及び計測ユニット６と通信可能に接続されている。制御装置７は、パワーコンディショナ２１、蓄電装置３、及び計測ユニット６との通信により、太陽電池装置２の発電量Ｐｇや蓄電装置３の充放電電力量Ｐｃｄ、負荷５の消費電力量Ｐｔｃ等の情報を取得する。制御装置７は、需要家Ｈ１の電力効率を高めるべく、それらの取得情報に基づいて太陽電池装置２や蓄電装置３の駆動を統括的に制御する。

制御装置７は、いわゆるクラウドコンピューティングにより、ネットワークＮＷを介して天候予測センタ９に接続されている。天候予測センタ９は、天候情報予測部として、翌日の天気や日中の照度量、気温等を予測し、それらをまとめた天候情報を毎日更新する。制御装置７は、ネットワークＮＷを介して天候予測センタ９から天候情報を取得することにより、翌日の天気や日中の照度量、気温等の予測値を得ることができる。

次に、図２を参照して、制御装置７により実行される具体的な処理の手順を説明する。制御装置７は、蓄電装置３の充電開始時刻Ｔｓの直前に図２に示される処理を毎日実行する。

図２に示されるように、制御装置７は、まず、ネットワークＮＷを介して天候予測センタ９から天候情報を取得する（ステップＳ１）。次に、制御装置７は、取得された天候情報に基づいて翌日の太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅを演算する（ステップＳ２）。具体的には、制御装置７は、太陽電池装置２の発電量Ｐｇと、照度量Ｌと、気温Ｔｅｍｐとの関係を示す三次元マップを有しており、当該マップに基づいて翌日の照度量及び気温のそれぞれの予測値から太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅを演算する。なお、三次元マップは、予め実験等を通じて作成されている。

次に、制御装置７は、太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅに基づいて翌日の廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを演算する（ステップＳ３）。具体的には、制御装置７は、太陽電池装置２の発電量Ｐｇ及び廃棄電力量Ｐｄの情報をパワーコンディショナ２１から毎日取得するとともに、それらの一日当たりの総量の関係を図３に示されるようにメモリ７０に毎日記憶して学習している。制御装置７は、太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅに対して発電量Ｐｇが「Ｐｇｅ−（Ｐｇｅ×α）≦Ｐｇ≦Ｐｇｅ＋（Ｐｇｅ×α）」を示す日付を本日から近い順に所定日数（例えば１０日）だけ選択する。「α」は、例えば５％や１０％に設定される。制御装置７は、選択された所定日数の発電量Ｐｇにそれぞれ対応した廃棄電力量Ｐｄの平均値を演算し、当該平均値を廃棄電力量の推定値Ｐｄｅとして用いる。このように、本実施形態では、制御装置７が推定部に相当する。

次に、図２に示されるように、制御装置７は、廃棄電力量の推定値Ｐｄｅに基づいて蓄電装置３の目標充電量Ｃｔを設定する（ステップＳ４）。具体的には、制御装置７は、蓄電装置３の満充電量から廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを減算した値を目標充電量Ｃｔとして設定する。そして、制御装置７は、設定された目標充電量Ｃｔを蓄電装置３に送信する（ステップＳ５）。

蓄電装置３は、予め設定された充電開始時刻Ｔｓになると、実際の充電量が目標充電量Ｃｔに達するまで電力系統８からの供給電力を充電する。これにより、蓄電装置３の充電が完了した際、蓄電装置３の充電可能電力量、すなわち満充電に達するまでに充電可能な電力は、廃棄電力量の推定値Ｐｄｅに設定されることになる。

以上説明した本実施形態の電力管理システム１によれば、以下の（１）〜（５）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）翌日の朝の時点で、蓄電装置３は廃棄電力量の推定値Ｐｄｅの分だけ充電可能な状態となっている。そのため、制御装置７は、パワーコンディショナ２１から柱上変圧器８０に逆潮流される交流電力の電圧が上限値を超える際、太陽電池装置２の発電電力を蓄電装置３に充電させることができる。すなわち、制御装置７は、廃棄電力量Ｐｄを蓄電装置３に充電することができる。これにより、太陽電池装置の発電電力をより有効に利用することができるため、買電容量を減少させることができる。

（２）制御装置７は、天候情報に基づいて翌日の太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅを演算し、当該推定値Ｐｇｅに基づいて翌日の廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを演算することとした。これにより、廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを容易且つ精度良く演算することができる。

（３）制御装置７は、蓄電装置３の満充電量から廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを減算した値を目標充電量Ｃｔとして設定することとした。そして、蓄電装置３は、目標充電量Ｃｔに基づいて電力系統からの充電を行うこととした。これにより、充電完了時における蓄電装置３の充電可能電力量を廃棄電力量の推定値Ｐｄｅに容易に設定することができる。よって、廃棄電力量を充電可能な環境を蓄電装置３において容易に作ることができる。

（４）制御装置７は、天候予測センタ９から取得した天候情報に基づいて太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅを演算することとした。より詳しくは、制御装置７は、天候情報に含まれる日射量及び気温に基づいて太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅを演算することとした。太陽電池２０の発電電力は、日射量ばかりでなく、気温の影響も受けるため、日射量及び気温に基づいて太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅを演算することにより、発電量の推定値Ｐｇｅの演算精度を向上させることができる。

（５）柱上変圧器８０に新たな需要家Ｈ２が接続された場合、需要家Ｈ１で電力抑制制御が実行され易くなる。すなわち、需要家Ｈ１の廃棄電力量Ｐｄが増加する。この点、本実施形態の制御装置７は、太陽電池装置２の発電量Ｐｇ及び廃棄電力量Ｐｄのそれぞれの一日当たりの総量の関係を毎日学習しているため、実際の廃棄電力量Ｐｄが増加した場合には、それに応じて廃棄電力量の推定値Ｐｄｅも増加する。これにより、蓄電装置３の充電完了時の充電可能電力量も増加するため、廃棄電力量Ｐｄの増加に柔軟に対応することができる。

＜第２実施形態＞
次に、電力管理システム１の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態の制御装置７は、図２に示される処理に代えて、図４に示される処理を実行する。なお、図４に示される処理において、図２に示される処理と同一の処理には同一の符号を付すことにより重複する説明を割愛する。

図４に示されるように、制御装置７は、ステップＳ２の処理で太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅを演算した後、当該推定値Ｐｇｅに基づいて電力抑制制御の推定実行時間Ｔｅｅを演算する（ステップＳ１０）。具体的には、制御装置７は、太陽電池装置２の発電量Ｐｇ、電力抑制制御の実行時間Ｔｅ、廃棄電力量Ｐｄの情報をパワーコンディショナ２１から毎日取得するとともに、それらの一日当たりの総量の関係を図５に示されるようにメモリ７０に毎日記憶して学習している。制御装置７は、太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅに対して発電量Ｐｇが「Ｐｇｅ−（Ｐｇｅ×β）≦Ｐｇ≦Ｐｇｅ＋（Ｐｇｅ×β）」を示す日付を本日から近い順に所定日数（例えば１０日）だけ選択する。「β」は、例えば５％や１０％に設定される。制御装置７は、選択された所定日数の発電量Ｐｇにそれぞれ対応した電力抑制制御の実行時間Ｔｅの平均値を演算し、当該平均値を電力抑制制御の推定実行時間Ｔｅｅとして用いる。

次に、図４に示されるように、制御装置７は、電力抑制制御の推定実行時間Ｔｅｅに基づいて翌日の廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを演算する（ステップＳ１１）。具体的には、制御装置７は、図５に示される学習結果に基づいて、電力抑制制御の推定実行時間Ｔｅｅに対して電力抑制制御の実行時間Ｔｅが「Ｔｅｅ−（Ｔｅｅ×γ）≦Ｔｅ≦Ｔｅｅ＋（Ｔｅｅ×γ）」を示す日付を本日から近い順に所定日数（例えば１０日）だけ選択する。「γ」は、例えば５％や１０％に設定される。制御装置７は、選択された所定日数の電力抑制制御の実行時間Ｔｅにそれぞれ対応した廃棄電力量Ｐｄの平均値を演算し、当該平均値を廃棄電力量の推定値Ｐｄｅとして用いる。

次に、図４に示されるように、制御装置７は、廃棄電力量の推定値Ｐｄｅに基づいて蓄電装置３の充電時間Ｔｃを設定する（ステップＳ１２）。具体的には、制御装置７は、蓄電装置３の満充電量から廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを減算した値を目標充電量Ｃｔとして設定する。制御装置７は、現在の蓄電装置３の充電量から目標充電量Ｃｔに達するまでに要する時間を充電時間Ｔｃとして演算する。そして、制御装置７は、設定した充電時間Ｔｃを蓄電装置３に送信する（ステップＳ１３）。

蓄電装置３は、制御装置７から送信される充電時間Ｔｃの情報を受信すると、充電開始時刻Ｔｓに充電時間Ｔｃを加算することで充電終了時刻Ｔｆを設定する。蓄電装置３は、予め設定された充電開始時刻Ｔｓになると、充電終了時刻Ｔｆになるまで電力系統８からの供給電力を充電する。これにより、蓄電装置３の充電が完了した際、蓄電装置３の充電可能電力量は、廃棄電力量の推定値Ｐｄｅに設定される。

以上説明した本実施形態の電力管理システム１によれば、上記（１）及び（４）に示される作用及び効果に加え、以下の（６）〜（８）に示される作用及び効果を得ることができる。

（６）制御装置７は、天候情報に基づいて翌日の太陽電池装置２の電力抑制制御の推定実行時間Ｔｅｅを演算し、当該推定実行時間Ｔｅｅに基づいて翌日の廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを演算することとした。これにより、廃棄電力量の推定値Ｐｄｅを容易且つ精度良く演算することができる。

（７）制御装置７は、廃棄電力量の推定値Ｐｄｅに基づいて充電時間Ｔｃを設定することとした。そして、蓄電装置３は、充電時間Ｔｃに基づいて充電を行うこととした。これにより、充電完了時における蓄電装置３の充電可能電力量を廃棄電力量の推定値Ｐｄｅに容易に設定することができる。よって、廃棄電力量を充電可能な環境を蓄電装置３において容易に作ることができる。

（８）制御装置７は、太陽電池装置２の発電量Ｐｇ、電力抑制制御の実行時間Ｔｅ、及び廃棄電力量Ｐｄのそれぞれの一日当たりの総量の関係を学習することとした。これにより、柱上変圧器８０に新たな需要家が接続されることに起因して実際の廃棄電力量Ｐｄが増加した際に、蓄電装置３の充電完了時の充電可能電力量を増加させることができる。よって、廃棄電力量Ｐｄの増加に柔軟に対応することができる。

＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・各実施形態のパワーコンディショナ２１は、電力抑制制御に代えて、力率可変制御を実行するものであってもよい。力率可変制御は、柱上変圧器８０に逆潮流される交流電力の電圧を上限値以下に抑制すべく、太陽電池装置２の発電量の力率を標準値よりも低下させる制御である。パワーコンディショナ２１が力率可変制御を行う場合でも、電力管理システム１が上記各実施形態の構成を採用することにより、上記各実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。なお、パワーコンディショナ２１により力率抑制制御が実行される場合、廃棄電力量は、力率の低下に伴う太陽電池装置２の発電量の低下分に相当する電力となる。すなわち、廃棄電力量は、力率可変制御の実行期間内に太陽電池装置２により発電される電力量のうち、廃棄される電力量を示す。要は、パワーコンディショナ２１は、柱上変圧器８０に逆潮流される交流電力の電圧が上限値を超えることを回避すべく太陽電池装置２の出力電力を制限する電力制限制御を実行するものであればよい。

・各実施形態の制御装置７は、日射量や気温等の天候情報に加え、あるいはそれとは別に、太陽電池装置２の実際の発電量、売電電力量、需要家Ｈ１内の消費電力量等に基づいて太陽電池装置２の発電量の推定値Ｐｇｅを演算してもよい。これにより、発電量の推定値Ｐｇｅの演算精度が向上するため、ひいては廃棄電力量の推定値Ｐｄｅの演算精度を向上させることができる。

・各実施形態の制御装置７は、充電完了時における蓄電装置３の充電可能電力量が廃棄電力量の推定値Ｐｄｅよりも大きくなるように目標充電量Ｃｔや充電時間Ｔｃを設定してもよい。

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置や条件等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

Ｈ１：需要家
１：電力管理システム
２：太陽電池装置
３：蓄電装置
７：制御装置（推定部）
８：電力系統
９：天候予測センタ（天候情報予測部）
２０：太陽電池

Claims (9)

1. 需要家（Ｈ１）の電力を管理する電力管理システム（１）であって、
   太陽電池（２０）により発電される直流電力を交流電力に変換して電力系統（８）に逆潮流させるとともに、前記電力系統に逆潮流される交流電力の電圧が上限値を超えることを回避すべく出力電力を制限する電力制限制御を実行する太陽電池装置（２）と、
   前記太陽電池装置、及び前記電力系統から供給される電力を充電する蓄電装置（３）と、
   前記電力制限制御の実行期間内に前記太陽電池装置により発電される電力量のうち、廃棄される電力量である廃棄電力量の推定値を演算する推定部（７）と、を備え、
   前記蓄電装置は、充電完了時の充電可能電力量が前記廃棄電力量の推定値以上になるように前記電力系統からの充電を行うことを特徴とする電力管理システム。
2. 前記推定部は、前記太陽電池装置の発電量の推定値を演算し、当該発電量の推定値に基づいて前記廃棄電力量の推定値を演算することを特徴とする請求項１に記載の電力管理システム。
3. 前記推定部は、前記太陽電池装置の発電量の推定値を演算し、当該発電量の推定値に基づいて前記電力制限制御の推定実行時間を演算するとともに、当該電力制限制御の推定実行時間に基づいて前記廃棄電力量の推定値を演算することを特徴とする請求項１に記載の電力管理システム。
4. 天候情報を予測する天候情報予測部（９）を更に備え、
   前記推定部は、前記天候情報に基づいて前記太陽電池装置の発電量の推定値を演算することを特徴とする請求項２又は３のいずれか一項に記載の電力管理システム。
5. 前記天候情報には、日射量及び気温が含まれることを特徴とする請求項４に記載の電力管理システム。
6. 前記推定部は、前記蓄電装置の満充電量から前記廃棄電力量の推定値を減算した値を目標充電量として設定し、
   前記蓄電装置は、前記目標充電量に基づいて前記電力系統からの充電を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力管理システム。
7. 前記推定部は、前記廃棄電力量の推定値に基づいて前記蓄電装置の充電時間を設定し、
   前記蓄電装置は、前記充電時間に基づいて前記電力系統からの充電を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力管理システム。
8. 前記太陽電池装置は、前記電力制限制御として、前記電力系統に逆潮流される交流電力の電圧が前記上限値を超える際に前記電力系統への交流電力の逆潮流を遮断する制御を実行することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力管理システム。
9. 前記太陽電池装置は、前記電力制限制御として、前記電力系統に逆潮流される交流電力の電圧が前記上限値を超えることを回避すべく前記太陽電池装置の力率を標準値よりも低下させる制御を実行することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力管理システム。

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