JP2016195508A - 充放電期間設定装置、充放電期間設定プログラム、および充放電期間設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池に蓄えられる電力を効果的に活用する。
【解決手段】充放電期間設定装置は、所定の負荷の消費電力の予測値と、第１基準値とに基づいて、所定の負荷の消費電力を第１基準値とするために蓄電池から放電され、若しくは充電される電力量の少なくとも一方の電力量を算出する電力量算出部と、少なくとも一方の電力量と、蓄電池に蓄えられる電力量とを比較する比較部と、少なくとも一方の電力量が蓄電池に蓄えられる電力量より小さい場合、第１基準値より予測値が高くなる期間を、蓄電池を放電させる放電期間であると判定し、第１基準値より予測値が低くなる期間を、蓄電池を充電させる充電期間であると判定する第１判定部と、少なくとも一方の電力量が蓄電池に蓄えられる電力量より大きい場合、第２基準値より予測値が高くなる期間を、放電期間であると判定し、第３基準値より予測値が低くなる期間を、充電期間であると判定する第２判定部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電期間設定装置、充放電期間設定プログラム、および充放電期間設定方法に関する。

電力系統における一般的な需要家（負荷）の一日における消費電力は、朝から夜にかけて増加し、深夜から早朝にかけて減少する。このため、これらの需要家では、消費電力が少ない時間帯に送電される電力を充電し、消費電力が多い時間帯に充電された電力を放電する蓄電装置を設けることにより、消費電力を平準化することができる。また、一般に、消費電力が少ない時間帯での電気料金は、消費電力が多い時間帯の電気料金より安いため、需要家は、蓄電装置を用いることにより、電気料金を低減することができる（例えば特許文献１）。

特開２００２−２７１９９４号公報

ところで、蓄電装置における蓄電池の容量を十分大きくすると、消費電力が多い時間帯に蓄電池から電力を放電し続けることができるものの、蓄電設備が非常に高価になってしまう。一方、蓄電装置における蓄電池の容量を小さくすると、消費電力が多く、電気料金の高い時間帯になる前に、蓄電池に蓄えられた電力が全て放電されてしまい、蓄電池に蓄えられた電力を効果的に用いることができない虞がある。

前述した課題を解決する主たる本発明は、電力系統に設けられた所定の負荷の所定期間における消費電力の予測値と、前記所定の負荷の消費電力を平準化するための第１基準値とに基づいて、前記所定期間における前記所定の負荷の消費電力を前記第１基準値とするために前記所定の負荷に蓄電池から放電される電力量、若しくは前記蓄電池に充電される電力量の少なくとも一方の電力量を算出する電力量算出部と、前記少なくとも一方の電力量と、前記蓄電池に蓄えられる電力量とを比較する比較部と、前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より小さい場合、前記第１基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記蓄電池を放電させる放電期間であると判定し、前記第１基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記蓄電池を充電させる充電期間であると判定する第１判定部と、前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より大きい場合、前記第１基準値より高く設定された第２基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記放電期間であると判定し、前記第１基準値より低く設定された第３基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記充電期間であると判定する第２判定部と、を備えることを特徴とする充放電期間設定装置。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、充放電期間設定装置は、蓄電池に蓄えられる電力を効果的に活用することができる。

本実施形態に係る蓄電装置の構成を示すブロック図である。 負荷における消費電力の予測値Ｐ（ｔ）および平均消費電力Ｐｓの関係の一例を示す図である。 消費電力を平準化する際の基準が平均消費電力Ｐｓである場合の蓄電池の充放電電力の変化の一例を示す図である。 負荷における消費電力の予測値Ｐ（ｔ）と基準値Ｐｕ，Ｐｄとの関係の一例を示す図である。 消費電力を平準化する際の基準が平均消費電力Ｐｕ，Ｐｄである場合の蓄電池の充放電電力の変化の一例を示す図である。 本実施形態に係る充放電期間設定装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝充放電期間設定装置の構成＝＝
図１は、蓄電池を充放電計画に基づいて充放電する蓄電装置１１の構成を示す図である。需要家１０（負荷）は、店舗や工場等であり、電力系統の配電線から電力が供給される。蓄電装置１１は、需要家１０で消費する電力を平準化するための装置であり、蓄電池２０、充放電装置２１、および充放電期間設定装置２２を含んで構成される。蓄電池２０は、例えばリチウムイオン等の電池であり、充放電装置２１により充放電される。充放電期間設定装置２２は、充放電装置２１が蓄電池２０を充電、または放電する期間を設定するための装置であり、データ入力装置３０、需要予測装置３１、平均電力計算装置３２、電力量計算装置３３、比較装置３４、基準値計算装置３５、充放電計画作成装置３６、およびデータ出力装置３７を含んで構成される。

データ入力装置３０は、記憶装置（不図示）に記憶されている、需要家１０の電力消費量に関する過去のデータを取得し、需要予測装置３１に出力する。

需要予測装置３１は、過去のデータに基づいて、需要家１０が一日（所定の期間）に消費する電力を予測する。なお、需要予測装置３１での予測結果は、例えば図２の実線で示す予測値Ｐ（ｔ）となる。

平均電力計算装置３２（平均値算出部）は、予測値Ｐ（ｔ）に基づいて、一日あたりの需要家１０の平均消費電力Ｐｓ（平均値）を計算する。ここでは、予測値Ｐ（ｔ）の予測開始時刻をＴ０とし、予測終了時刻をＴｎとすると、平均消費電力Ｐｓは、式（１）で計算できる。

なお、予測値Ｐ（ｔ）は、一日あたりの予測値であるため、予測開始時刻をＴ０から予測終了時刻をＴｎまでの期間は、２４時間となる。また、図２から明らかなように、時刻Ｔ０〜時刻Ｔａまでの消費電力の予測値Ｐ（ｔ）は、平均消費電力Ｐｓより低く、時刻Ｔａ〜時刻Ｔｂにおける予測値Ｐ（ｔ）は、平均消費電力Ｐｓより高い。また、時刻Ｔｂ〜時刻Ｔｎまでの予測値Ｐ（ｔ）は、再び平均消費電力Ｐｓより低くなる。このため、需要家１０での消費電力を平準化するためには、図３に示すように、予測値Ｐ（ｔ）が平均消費電力Ｐｓ（第１基準値）より高くなる期間（時刻Ｔａ〜時刻Ｔｂ）には、蓄電池２０が放電され、予測値Ｐ（ｔ）が平均消費電力Ｐｓより低くなる期間（時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ、時刻Ｔｂ〜時刻Ｔｎ）には、蓄電池２０が充電されることが望ましい。なお、蓄電池２０の充放電出力Ｐｂ（ｔ）は、以下の式で計算できる。

ここで、充放電出力Ｐｂ（ｔ）が負の場合、蓄電池は充電されることになり、充放電出力Ｐｂ（ｔ）が正の場合、蓄電池は放電されることになる。

電力量計算装置３３（電力量算出部）は、需要家１０の一日における消費電力を平均消費電力Ｐｓとするために、蓄電池２０から放電される電力量Ｗ１を計算する。具体的には、電力量計算装置３３は、式（３）の計算を実行する。

なお、ここでは、需要家１０の一日における消費電力を平準化する際の基準を、一日における平均消費電力Ｐｓとしている。このため、需要家１０の消費電力を平均消費電力Ｐｓとするために蓄電池２０に充電される電力量Ｗ２も、電力量Ｗ１と同じである。したがって、電力量計算装置３３は、式（４）の計算を実行し、電力量Ｗ２（電力量Ｗ１）を求めても良い。

このように、電力量計算装置３３は、式（３）若しくは式（４）の計算の何れか一方を実行すれば、平準化に必要な電力量を求めることができる。

比較装置３４（比較部）は、蓄電池２０から放電される電力量Ｗ１と、蓄電池２０に蓄えられる電力量とを比較する。ここで、蓄電池２０に蓄えられる電力量は、蓄電池２０の容量Ｃｂと等しいため、比較装置３４は、式（５）を実行する。蓄電池２０は経年変化などの理由により容量が小さくなっていくため、容量Ｃｂは実効容量を使う。

蓄電池２０から放電される電力量Ｗ１が容量Ｃｂ以下の場合には、需要家１０の一日における消費電力を平均消費電力Ｐｓとし、平準化できる。一方、蓄電池２０から放電される電力量Ｗ１が容量Ｃｂより大きい場合には、蓄電池２０が十分な電力量を放電することができないため、蓄電池２０は、放電期間において需要家１０の消費電力を平均消費電力Ｐｓとすることができない。また、電力量Ｗ１が容量Ｃｂより大きいと、電力量Ｗ２も容量Ｃｂよりも大きくなる。このため、蓄電池２０は、充電期間においても需要家１０の消費電力を平均消費電力Ｐｓとすることができない。したがってこのような場合においては、需要家１０の一日における消費電力を平準化する際の基準を新たに設定する必要がある。

基準値計算装置３５（第１及び第２算出部）は、蓄電池２０の容量Ｃｂが十分でない場合、つまり電力量Ｗ１，Ｗ２が容量Ｃｂより大きい場合、需要家１０の消費電力を平準化するための新たな基準値Ｐｕ，Ｐｄを計算する。ここで、基準値Ｐｕ（第２基準値）は、図４に示すように、蓄電池２０を放電させるための基準であり、基準値Ｐｄ（第３基準値）は、蓄電池２０を充電させるための基準である。そして、基準値Ｐｕは、以下の式（５）に基づいて計算される。

なお、時刻Ｔａ１は、消費電力の予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｕより高くなる時刻であり、時刻Ｔｂ１は、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｕより低くなる時刻である。このため、基準値Ｐｕは、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｕより高くなる期間の電力量が、蓄電池２０の容量Ｃｂと等しくなるように定められている。

また、基準値Ｐｄは、以下の式（７）に基づいて計算される。

なお、時刻Ｔａ２は、消費電力の予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｄより高くなる時刻であり、時刻Ｔｂ２は、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｄより低くなる時刻である。このため、基準値Ｐｄは、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｄより低くなる期間の電力量が、蓄電池２０の容量Ｃｂと等しくなるように定められている。これらの基準値Ｐｕ，Ｐｄが用いられることにより、図５に示すように、予測値Ｐ（ｔ）が平均消費電力Ｐｓより高くなる期間（時刻Ｔａ１〜時刻Ｔｂ１）には、蓄電池２０は放電され、予測値Ｐ（ｔ）が平均消費電力Ｐｓより低くなる期間（時刻Ｔ０〜時刻Ｔａ１、時刻Ｔｂ１〜時刻Ｔｎ）には、蓄電池２０は充電されることになる。

充放電計画作成装置３６（第１及び第２判定部）は、比較部３４の比較結果と、平均消費電力Ｐｓ若しくは基準値Ｐｕ，Ｐｄとに基づいて、蓄電池２０の充放電計画を作成する。具体的には、充放電計画作成装置３６は、電力量Ｗ１が容量Ｃｂ以下の場合には、予測値Ｐ（ｔ）が平均消費電力Ｐｓより高くなると、蓄電池２０を放電する放電期間であると判定し、予測値Ｐ（ｔ）が平均消費電力Ｐｓより低くなると、蓄電池２０を充電する充電期間であると判定する。一方、充放電計画作成装置３６は、電力量Ｗ１が容量Ｃｂより大きい場合には、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｕより高くなると、蓄電池２０を放電する放電期間であると判定し、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｄより低くなると、蓄電池２０を充電する充電期間であると判定する。このように、充放電計画作成装置３６は、蓄電池２０の容量に応じて一日における蓄電池２０の充放電計画を作成する。

データ出力装置３７は、充放電計画作成３６で作成された充放電計画（蓄電池２０の一日における充放電期間）を記憶装置（不図示）に格納する。また、データ出力装置３７は、ディスプレイ（不図示）に充放電計画を表示するとともに、充放電装置２１に出力する。このため、充放電装置２１は、作成された充放電計画に基づいて蓄電池２０を充放電することができる。

＝＝充放電期間設定装置２２で実行される処理の一例＝＝
図６は、充放電期間設定装置２２で実行される処理の一例を示すフローチャートである。まず、需要予測装置３１は、過去のデータに基づいて、需要家１０が一日に消費する電力を予測する（Ｓ１０１）。つぎに、平均電力計算装置３２は、需要予測装置３１で得られた予測値Ｐ（ｔ）に基づいて、一日あたりの需要家１０の平均消費電力Ｐｓを計算する（Ｓ１０２）。平均消費電力Ｐｓが計算されると、電力量計算装置３３は、式（３）の計算を実行し、平準化に必要な電力量Ｗ１を計算する（Ｓ１０３）。比較装置３４は、平準化に必要な電力量Ｗ１と、蓄電池２０の容量Ｃｂとを比較する（Ｓ１０４）。電力量Ｗ１が容量Ｃｂ以下の場合（Ｓ１０４：Ｗ１≦Ｃｂ）、充放電計画作成装置３６は、予測値Ｐ（ｔ）が平均消費電力Ｐｓより高くなると、蓄電池２０を放電し、予測値Ｐ（ｔ）が平均消費電力Ｐｓより低くなると、蓄電池２０を充電する充放電計画を作成する（Ｓ１０５）。一方、電力量Ｗ１が容量Ｃｂより大きい場合（Ｓ１０４：Ｗ１＞Ｃｂ）、基準値計算装置３５は、式（６）に基づいて、基準値Ｐｕを計算する（Ｓ１０６）。さらに、基準値計算装置３５は、式（７）に基づいて、基準値Ｐｄを計算する（Ｓ１０７）。そして、放電計画作成装置３６は、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｕより高くなると、蓄電池２０を放電し、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｄより低くなると、蓄電池２０を充電する充放電計画を作成する（Ｓ１０８）。データ出力装置３７は、処理Ｓ１０５若しくは処理Ｓ１０８で作成された充放電計画を、充放電装置２１等に出力する。この結果、充放電装置２１は、充放電計画に基づいて、蓄電池２０を充放電することになる。

以上、充放電期間設定装置２２で実施される処理について説明した。充放電期間設定装置２２では、需要家１０の消費電力を平準化するために必要な電力量Ｗ１と、蓄電池２０の容量Ｃｂとの比較結果に基づいて、充放電計画が作成される。そして、電力量Ｗ１が容量Ｃｂより大きい場合には、予測値Ｐ（ｔ）が平均電力値Ｐｓより高い基準値Ｐｕを超えた際に蓄電池２０が放電され、予測値Ｐ（ｔ）が平均電力値Ｐｓより低い基準値Ｐｄより低下すると蓄電池２０が充電される。このため、電力量Ｗ１が容量Ｃｂより大きい際に平均電力値Ｐｓに基づいて充放電される場合と比較すると、より長い時間蓄電池２０を充放電できるため、蓄電池２０の電力を効果的に活用できる。

また、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｕより高くなる期間の電力量と、蓄電池２０の容量Ｃｂとが等しくなるよう、基準値Ｐｕが定められている。このため、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｕより高くなる期間全てにおいて、蓄電池２０は放電し続けることができる。

また、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｄより低く期間の電力量と、蓄電池２０の容量Ｃｂとが等しくなるよう、基準値Ｐｄが定められている。このため、予測値Ｐ（ｔ）が基準値Ｐｄより低くなる期間全てにおいて、蓄電池２０は充電し続けることができる。

また、需要家１０の一日における消費電力を平準化する際の基準として平均消費電力Ｐｓが用いられている。このため、消費電力を平均消費電力Ｐｓとするために、蓄電池２０から放電される電力量Ｗ１と、蓄電池２０に充電される電力量Ｗ２とは等しくなる。これにより、電力量Ｗ１，Ｗ２の何れか一方と、蓄電池２０の容量Ｃｂとを比較することにより、平均消費電力Ｐｓを基準として用いることが可能か否かを判定することができる。

また、予想値Ｐ（ｔ）は、一日（２４時間）における予想結果であるため、一日における電気料金を低減することが可能となる。

また、充放電期間設定装置２２は、データ入力装置３０、需要予測装置３１等の装置を含んで構成されることとしたが、これに限られない。例えば、コンピュータに、プログラムを実行させ、データ入力装置３０、需要予測装置３１等と同様の機能を有する機能ブロックを実現させ、図５に示す処理を実行させてもよい。このような場合であっても、同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、消費電力を平準化するための基準として平均消費電力Ｐｓが用いられたが、これに限られない。平均消費電力Ｐｓの代わりに、ほぼ平均消費電力Ｐｓと等しくなる値（略平均値）を用いる場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１０ 需要家
１１ 蓄電装置
２０ 蓄電池
２１ 充放電装置
２２ 充放電期間設定装置
３０ データ入力装置
３１ 需要予測装置
３２ 平均電力計算装置
３３ 電力量計算装置
３４ 比較装置
３５ 基準値計算装置
３６ 充放電計画作成装置
３７ データ出力装置

Claims (8)

1. 電力系統に設けられた所定の負荷の所定期間における消費電力の予測値と、前記所定の負荷の消費電力を平準化するための第１基準値とに基づいて、前記所定期間における前記所定の負荷の消費電力を前記第１基準値とするために前記所定の負荷に蓄電池から放電される電力量、若しくは前記蓄電池に充電される電力量の少なくとも一方の電力量を算出する電力量算出部と、
   前記少なくとも一方の電力量と、前記蓄電池に蓄えられる電力量とを比較する比較部と、
   前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より小さい場合、前記第１基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記蓄電池を放電させる放電期間であると判定し、前記第１基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記蓄電池を充電させる充電期間であると判定する第１判定部と、
   前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より大きい場合、前記第１基準値より高く設定された第２基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記放電期間であると判定し、前記第１基準値より低く設定された第３基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記充電期間であると判定する第２判定部と、
   を備えることを特徴とする充放電期間設定装置。
2. 請求項１に記載の充放電期間設定装置であって、
   前記第２基準値より前記予測値が高くなる前記放電期間と、前記予測値および前記第２基準値の差の電力とに基づく電力量が、前記蓄電池に蓄えられる電力量となるよう、前記第２基準値を算出する第１算出部を更に備えること、
   を特徴とする充放電期間設定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の充放電期間設定装置であって、
   前記第３基準値より前記予測値が低くなる前記充電期間と、前記予測値および前記第３基準値の差の電力とに基づく電力量が、前記蓄電池に蓄えられる電力量となるよう、前記第３基準値を算出する第２算出部を更に備えること、
   を特徴とする充放電期間設定装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の充放電期間設定装置であって、
   前記予測値に基づいて、前記所定期間に前記所定の負荷が消費する電力の平均値を前記第１基準値として算出する平均値算出部を更に備えること、
   を特徴とする充放電期間設定装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の充放電期間設定装置であって、
   前記所定期間は、２４時間であること、
   を特徴とする充放電期間設定装置。
6. コンピュータに、
   電力系統に設けられた所定の負荷の所定期間における消費電力の予測値と、前記所定の負荷の消費電力を平準化するための第１基準値とに基づいて、前記所定期間における前記所定の負荷の消費電力を前記第１基準値とするために前記所定の負荷に蓄電池から放電される電力量、若しくは前記蓄電池に充電される電力量の少なくとも一方の電力量を算出する機能と、
   前記少なくとも一方の電力量と、前記蓄電池に蓄えられる電力量とを比較する機能と、
   前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より小さい場合、前記第１基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記蓄電池を放電させる放電期間であると判定し、前記第１基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記蓄電池を充電させる充電期間であると判定する機能と、
   前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より大きい場合、前記第１基準値より高く設定された第２基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記放電期間であると判定し、前記第１基準値より低く設定された第３基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記充電期間であると判定する機能と、
   を実行させる充放電期間設定プログラム。
7. 電力系統に設けられた所定の負荷の所定期間における消費電力の予測値と、前記所定の負荷の消費電力を平準化するための基準値とに基づいて、前記所定期間における前記所定の負荷の消費電力を前記第１基準値とするために前記所定の負荷に蓄電池から放電される電力量、若しくは前記蓄電池に充電される電力量の少なくとも一方の電力量を算出し、
   前記少なくとも一方の電力量と、前記蓄電池に蓄えられる電力量とを比較し、
   前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より小さい場合、前記第１基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記蓄電池を放電させる放電期間であると判定し、前記第１基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記蓄電池を充電させる充電期間であると判定し、
   前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より大きい場合、前記第１基準値より高く設定された第２基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記放電期間であると判定し、前記第１基準値より低く設定された第３基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記充電期間であると判定すること、
   を特徴とする充放電期間設定方法。
8. 電力系統に設けられた所定の負荷の所定期間における消費電力の予測値と、前記所定の負荷の消費電力を平準化するための基準値とに基づいて、前記所定期間における前記所定の負荷の消費電力を前記第１基準値とするために前記所定の負荷に蓄電池から放電される電力量、若しくは前記蓄電池に充電される電力量の少なくとも一方の電力量を算出し、
   前記少なくとも一方の電力量と、前記蓄電池に蓄えられる電力量とを比較し、
   前記少なくとも一方の電力量が前記蓄電池に蓄えられる電力量より大きい場合、前記第１基準値より高く設定された第２基準値より前記予測値が高くなる期間を、前記放電期間であると判定し、前記第１基準値より低く設定された第３基準値より前記予測値が低くなる期間を、前記充電期間であると判定すること、
   を特徴とする充放電期間設定方法。

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