JP2017530686A - 電力グリッドシステムおよび電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定する方法 - Google Patents

Abstract

電力グリッドシステムおよび電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定する方法。電力グリッドシステムは、主幹グリッド部分を含む電力グリッドと；各建物接続部が主幹グリッド部分から関連する建物に取り入れられる電力および関連する建物から主幹グリッド部分に送出される電力を計量するように構成された第１の計器を含む複数の建物接続部と；一つまたは複数の建物接続部に関し、主幹グリッド部分に対して第１の計器の下流に配置されて、補助発電機から関連する建物に送出される電力を計量するように構成された少なくとも一つの第２の計器と；関連する第１および第２の計器からの読取り値に基づいて前記一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定するように構成された統合ユニットとを含む。

Description

技術分野
本発明は、電力グリッドシステムおよび電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定する方法に広範に関する。

発明の背景
今日まで、大部分の建物、とりわけ商業用建物、例えば、ショッピングモールまたは工業用建物は、主幹電力グリッドシステムからすべての電力を得ている。建物に関連した任意の発電は、電力ネットワークから引き出される全エネルギーを単独で削減する建物の組み込み発電機として電力ネットワークと独立に実行される。これにより、エネルギー供給および関連する問題、例えば、技術開発および代替または「グリーン」エネルギー源の統合、さらには２、３の事業体のみの責任下での金決済などのためのシステムや方法などが残されたままになり、これらの領域においてより迅速な改善が妨げられている場合がある。

一方、補助電源、例えば、光電池（ＰＶ）発電機から供給される電力をすでに有する建物の所有者または利害関係者は、主幹電力グリッドおよび関連する計器などを包含するＰＶ発電機への通常独自仕様の接続の、両方に対する独立した接続に関連する技術的問題に直面している。これにより、技術的な保守管理や較正の問題などに関するもの、技術および管理の両方で個別の決済のための必要な資源の提供および責任問題などを包含する複雑性が増す場合がある。

本発明の実施態様は、上記の問題の少なくとも一つに対処することを求める電力グリッドシステムおよび電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定する方法を提供する。

発明の概要
本発明の第１の態様に従って、主幹グリッド部分を含む電力グリッドと；各建物接続部が主幹グリッド部分から関連する建物に取り入れられる電力および関連する建物から主幹グリッド部分に送出される電力を計量するように構成された第１の計器を含む複数の建物接続部と；一つまたは複数の建物接続部に関し、主幹グリッド部分に対して第１の計器の下流に配置されて、補助発電機から関連する建物に送出される電力を計量するように構成された少なくとも一つの第２の計器と；関連する第１および第２の計器からの読取り値に基づいて前記一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定するように構成された統合ユニットとを含む電力グリッドシステムを提供する。

本発明の第２の態様に従って、電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定する方法であって、方法が第１の計器を使用して、電力グリッドシステムの主幹グリッド部分から一つまたは複数の建物接続部のそれぞれに関連する建物に取り入れられる電力および関連する建物から主幹グリッド部分に送出される電力を計量することと；一つまたは複数の建物接続部に関し、主幹グリッド部分に対して第１の計器の下流に配置された第２の計器を使用して、補助発電機から関連する建物に送出される電力を計量することと；第１および第２の計器からの読取り値に基づいて前記一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定することとを含む方法を提供する。

一例の実施形態の、電力グリッドシステム１００を図示した模式図を示す。 一例の実施形態の、電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部での電力消費量および電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部での負荷への供給量を決定する方法を図示したフローチャートを示す。 各電圧レベルが特定の市場決済共同利用施設（例えば、低電圧、高電圧、超高電圧など）に関連する、種々の電圧変圧器を通じた電気伝導に関連するネットワーク上の一連の電圧を示す。

本発明の実施形態は、以下の記述された説明から、単なる例として、図面と併せて、当業者によりよく理解され、容易に明らかになる。

図１は、一例の実施形態の、電力グリッドシステム１００を図示した模式図を示す。システム１００は、主幹グリッド部分１０４を含む電力グリッド１０２を含む。電力グリッド１０２は、ネットワークを通じた電子および正孔の流れを介して関連し、対応する仕様に適合する電圧変圧器の配置によって規定される種々の電圧に関連する。通常、電力グリッド１０２の主幹供給は、より高い電圧レベルから下げているため、変圧器１１９からのものである。電力グリッド１０２ネットワーク上の種々の電圧を確立するための変圧器の適用は、当該技術分野において理解されており、本明細書においては詳述しない。図３は、例示的な電圧レベル、例えば、電力グリッドネットワーク３００内の低電圧３０３、高電圧３０４および超高電圧３０５を含む。各変圧器３０１、３０２または超高電圧発電機３０６は、図１に図示する変圧器１１９の役割を果たすことができる。

図１に戻って、電力グリッド１０２ネットワークは、種々の電力源からの負荷間で電力を転送するために使用される。従来、この電力グリッド１０２ネットワークは、供給者および消費者が取引できる中央エネルギー共同利用施設を確立するために使用され、一方、電力グリッド１０２ネットワークの種々の電圧は、特定の電圧範囲に関連する共同利用施設において種々の市場および異なる決済を確立することができる。

電力グリッドシステム１００は、複数の建物接続部、例えば、１０６、１０７をさらに含み、各建物接続部、例えば、１０６、１０７は、主幹グリッド部分１０４から関連する建物、例えば、１０８、１１０に取り入れられる電力および関連する建物、例えば、１０８、１１０から主幹グリッド部分１０４に送出される電力を計量するように構成される双方向計器、例えば、Ｍ１、Ｍ３を含む。一つまたは複数の建物接続部、例えば、１０６の場合、さらに計器Ｍ２が主幹グリッド部分１０４に対して第１の計器Ｍ１の下流に配置され、補助発電機、例えば、１１４から関連する建物、例えば、１０８の中の一つまたは複数の負荷１１２に送出される電力を計量するように構成される。この例示的な実施形態では、計器Ｍ２は、双方向性であるが当業者には理解されるように、計器Ｍ２は、他の実施形態では単方向性でもよいことが留意される。

複数の第２の計器が一つの建物接続部の下流に備えられてもよいことが留意される。例として、各第２の計器は、同じ建物またはその近くにある異なる補助発電機に関連させることができる。

システム１００の統合ユニット１１６は、一つまたは複数の建物接続部、例えば、計器Ｍ２を有する１０６での電力消費量を計器Ｍ１およびＭ２からの読取り値に基づいて決定するように構成される。

統合ユニット１１６は、必要な目的のために特別に構築することができ、または汎用のコンピュータまたはコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成される他の装置を含むことができる。本明細書において提示されるアルゴリズムおよび出力は、特定のコンピュータまたは他の装置に本質的に関係しない。種々の汎用の機械を本明細書の教示に従うプログラムと共に使用できる。あるいは、必要な方法の工程を実行する、より特殊な装置の構築が適切である場合がある。加えて、本明細書は、本明細書において記載された方法の個々の工程がコンピュータコードによって効果を発揮することができるということが当業者には明らかであろうという点で、コンピュータプログラムも暗示的に開示する。コンピュータプログラムは、特定のプログラミング言語およびその実装に限定されることを意図していない。本明細書に含まれる開示の教示を実施するために、種々のプログラミング言語およびそのコーディングが使用できることが理解される。しかも、コンピュータプログラムは、特定の制御フローに限定されることを意図していない。本発明の精神または範囲から逸脱することなく異なる制御フローを使用することができるコンピュータプログラムには、他の多くの種類がある。

さらに、コンピュータプログラムの一つまたは複数の工程は、シーケンシャルよりはむしろパラレルで実行できる。このようなコンピュータプログラムは、任意のコンピュータ可読媒体に格納することができる。コンピュータ可読媒体は、記憶装置、例えば、磁気または光学ディスク、メモリチップまたはコンピュータプログラムによって選択的に起動または再構成されたデバイスとのインタフェースに適した他のストレージデバイスを含むことができる。コンピュータ可読媒体は、有線媒体、例えば、インターネットシステムに例示されるものまたは無線媒体、例えば、ＧＳＭ移動電話システムに例示されるものも含むことができる。コンピュータプログラムは、デバイスにロードされて実行される場合、事実上、好ましい方法の工程を実施する装置になる。

統合ユニット１１６は、ハードウェアモジュールとして実装することもできる。より詳細には、ハードウェアとしての意味において、モジュールは、他のコンポーネントまたはモジュールと共に使用するように設計された機能的なハードウェアユニットである。例として、モジュールは、別々の電子部品を使用して実装することができ、電子回路、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）全体の一部を形成することができる。多数の他の可能性が存在する。このシステムがハードウェアおよびソフトウェアのモジュールの組み合わせとして実装することもできることは、当業者に理解される。

この例の実施形態における統合ユニット１１６は、下式を計算することによって建物接続部１０６での電力消費量を決定するように構成される：
Ｃ＝Ｍ_１import−Ｍ_１export＋Ｍ_２export（１）、
ここで、Ｃは、消費された電力であり、Ｍ_１importは、主幹グリッド部分１０４から関連する建物１０８に取り入れられる電力であり、Ｍ_１exportは、関連する建物１０８から主幹グリッド部分１０４に送出される電力であり、Ｍ_２exportは、補助発電機１１４から関連する建物１０８に送出される電力である。

当業者には理解されるように、このハードウェアを通る伝送損失は、式（１）内に組み込まれて、絶対伝送損失を差し引くことによってまたは他の手段によって統合ユニット１１６を通るエネルギーの流れをより正確に計算することができる。本実施態様では、この伝送損失は、無視できるものと仮定し、さらなる検討は行われていない。

また、式（１）が関連する建物接続部の下流の２つ以上の第２の計器を考慮するように容易に拡張できることは、当業者に理解される。

統合ユニット１１６は、計器Ｍ２からの読取り値に基づいて、補助発電機１１４によって電力グリッド１０２に供給される電力を決定するようにさらに構成される。統合ユニット１１６は、複数の補助発電機から電力グリッドシステム１００に接続された一つまたは複数の負荷への電力の集計供給量を定めるようにさらに構成される。

以下では、統合ユニット１１６における電力消費量の決定を説明する例示的な事例を、限定ではなく例として記載する。

上記のシステムは、以下のプロセスフローによって要約することができ、その各工程は、同じ結果を得るために種々の組み合わせで完成することができる。

上記のアルゴリズムでは、建物に関連する発電機が存在せず、したがって統合ユニットを空集合に設定することができる従来の有効電力ネットワークを反映するためにデフォルトシステムが確立されることは、当業者に理解される。また、より多くの統合単位Ａ＝２、Ａ＝３などを包含することによって、複数の電源を識別できることは、当業者には理解される。

前提：
補助発電機１１４は、指定の統合期間にわたって５０kWを生成し、電力のすべてを計器Ｍ２を介して送出する。

事例１：関連する建物１０８内の負荷１１２は、指定の統合期間にわたって１００kWを消費する。

指定の統合期間の間、Ｍ１は、建物１０８から主幹グリッド部分１０４に電力が送出されないことおよび補助発電機１１４によって提供される電力と負荷１１２によって消費される電力との間の差である５０kWが主幹グリッド部分１０４から建物１０８に取り入れられることを計量する。

Ｍ２は、指定の統合期間の間に補助発電機１１４から建物１０８に送出される５０kWを計量する

それゆえに、上記の式（１）に基づいて、建物接続部１０６での計算された電力消費量Ｃは、：
Ｃ＝５０kW−０kW＋５０kW＝１００kWである。

例示的な実施形態における統合ユニット１１６によって決定される電力消費量は、好ましくは、電力グリッドシステム１００に関連するエネルギー共同利用施設における決済のために使用できる。事例１のシナリオでは、建物１０８に関連する電力クライアントは、共同利用施設内の１００kW、すなわち、負荷１１２での実際の消費量と一致する消費請求を決済しなければならない。

一方、補助発電機１１４の所有者または利害関係者は、共同利用施設に５０kWを売却したことに基づいて決済される。

事例２：関連する建物１０８内の負荷１１２は、指定の統合期間にわたって２５kWを消費する。

指定の統合期間の間、負荷１１２の電力必要量は、完全に補助発電機１１４によって満たされ、超えているので、Ｍ１は、２５kWが建物１０８から主幹グリッド部分１０４に送出されることおよび電力が主幹グリッド部分１０４から建物１０８に取り入れられないことを計量する。

Ｍ２は、ここでもまた、指定の統合期間の間、補助発電機１１４から建物１０８に送出される５０kWを計量する。

それゆえに、上記の式（１）に基づいて、建物接続部１０６での計算された電力消費量Ｃは、：
Ｃ＝０kW−２５kW＋５０kW＝２５kWである。

例示的な実施態様における統合ユニット１１６によって決定される電力消費量は、好ましくは、電力グリッドシステム１００に関連するエネルギー共同利用施設における決済のために使用できる。事例２のシナリオでは、建物１０８に関連する電力クライアントは、共同利用施設内の２５kW、すなわち、負荷１１２での実際の消費と一致する消費請求を決済しなければならない。

一方、補助発電機１１４の所有者または利害関係者は、ここでもまた、共同利用施設に５０kWを売却したことに基づいて決済される。当業者には理解されるように、補助発電機１１４によって共同利用施設に提供される余剰電力は、したがって、実際には他の消費者、例えば、建物１１０に関連する電力クライアントに売却することができる。

事例３：関連する建物１０８内の負荷１１２は、指定の統合期間にわたって電力を消費しない。

指定の統合期間の間、負荷１１２で消費されず、補助発電機からの全電力が主幹グリッド部分１０４に送出されるので、Ｍ１は、５０kWが建物１０８から主幹グリッド部分１０４に送出されることおよび電力が主幹グリッド部分１０４から建物１０８に取り入れられれないことを計量する。

Ｍ２は、ここでもまた、指定の統合期間の間、補助発電機１１４から建物１０８に送出される５０kWを計量する。

それゆえに、上記の式（１）に基づいて、建物接続部１０６での計算された電力消費量Ｃは、：
Ｃ＝０kW−５０kW＋５０kW＝０kWである。

例示的な実施態様における統合ユニット１１６によって決定される電力消費量は、好ましくは、電力グリッドシステム１００に関連するエネルギー共同利用施設における決済のために使用できる。事例３のシナリオでは、建物１０８に関連する電力クライアントは、電力料金、すなわち、負荷１１２での（ゼロ）消費と一致するものを負担しない。

一方、補助発電機１１４の所有者または利害関係者は、ここでもまた、共同利用施設に５０kWを売却したことに基づいて決済される。当業者には理解されるように、補助発電機１１４によって共同利用施設に提供される余剰電力は、したがって、実際には他の消費者、例えば、建物１１０に関連する電力クライアントに売却することができる。

例として、顧客Ｂおよび／または顧客Ｃは、例示的な実施態様における柔軟な決済の履行に基づいて、以下のように供給を受けることができる。

事例４：一つまたは複数の統合ユニットを通じて測定された電源で総計５０kW以上の総集計発電量があり、顧客Ｂでは２５kW、顧客Ｃでは２５kWの需要があると仮定する。

ユニットからの２５kWが顧客Ｂにより決済され、一方、２５kWが顧客Ｃにより決済される。

事例５：一つまたは複数の統合ユニットを通じて測定された電源で総計５０kW以上の総集計発電量があり、顧客Ｂでは５０kW、顧客Ｃでは０kWの需要があると仮定する。

総集計発電量が顧客Ｂにより決済され、顧客Ｃは、エネルギーに対して決済しない。

上記に記載された例から見てとれるように、本発明の例示的な実施形態は、一つまたは複数の以下の利点および技術的効果を有することができる：
−以前は補助発電機から電力が供給されていなかった建物に関連する電力クライアント用の電力接続部および共同利用施設の決済に対する下位互換性；
−関連する計器などを含め、主幹電力グリッドおよび通常専用のＰＶ発電機への接続の両方への独立した接続に関連する技術的問題を回避または少なくとも軽減する効果を伴う、補助発電機から供給されている電力をすでに有する建物に関連する電力クライアント用の電力接続部の下位互換性であり、技術的な保守管理や較正の問題などに関するもの、技術および管理の両方で個別の決済のために必要な資源の提供および責任問題などを包含する複雑性を軽減することができる；
−補助発電機と電力グリッドシステムに関連するエネルギー共同利用施設との間で直接電力供給と決済を可能にすること、資源の使用の最適化；および
−電源と負荷を柔軟に定義すること；および
−発電機を電力グリッドネットワークに直接統合するための関連ハードウェアを設置するコストを削減すること；および
−建物に関連する電力クライアントと補助発電機の所有者または利害関係者との間に、新しい商業リンク、例えば、屋上レンタル、電力グリッドシステムに関連する共同利用施設への電力売却による利益の分配などを創造すること。

補助発電機１１４は、光電池（ＰＶ）発電機を含むことができる。ＰＶ発電機は、建物１０８の屋上領域に配置することができる。

統合ユニット１１６は、計器Ｍ３からの読取り値に基づいて一つまたは複数の他の建物接続部、例えば、１０７での電力消費量を決定するように、さらに構成することができる。統合ユニット１１６は、任意の一つまたは複数の計器Ｍ１からＭ３を遠隔で読み取るように構成できる

図２は、例示的な実施態様の、電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部の電力消費量を決定する方法を図示するフローチャート２００を示し、好ましくは、所定の時間の総発電量の集計または一部分として統合された電力ユニットが一つまたは複数の負荷への決済を通じて確立することを可能にする。工程２０２において、第１の計器を使用して、電力グリッドシステムの主幹グリッド部分から一つまたは複数の建物接続部のそれぞれに関連する建物に取り入れられる電力および関連する建物から主幹グリッド部分に送出される電力を計量する。工程２０４において、一つまたは複数の建物接続部に関し、主幹グリッド部分に対して第１の計器の下流に配置された第２の計器を使用して、補助発電機から関連する建物に送出される電力を計量する。工程２０６において、第１および第２の計器からの読取り値に基づいて前記一つまたは複数の建物接続部での電力消費量が決定される。

場合により、この方法は、工程２０８において、一つまたは複数の補助発電機から電力グリッドシステムに接続された一つまたは複数の負荷への電力の集計供給量を定めることをさらに含む。

Ｃ＝Ｍ_１import−Ｍ_１export＋Ｍ_２exportを計算することにより電力消費量が決定でき、ここで、Ｃは、消費された電力であり、Ｍ_１importは、主幹電力グリッドから関連する建物に取り入れられる電力であり、Ｍ_１exportは、関連する建物から主幹電力グリッドに送出される電力であり、Ｍ_２exportは、補助発電機から関連する建物に送出される電力である。

この方法は、第２の計器からの読取り値に基づいて、補助発電機によって電力グリッドに供給される電力を決定することをさらに含むことができる。

補助発電機は、光電池（ＰＶ）発電機を含むことができる。ＰＶ発電機は、建物の屋上領域に配置することができる。

この方法は、第１の計器からの読取り値に基づいて、一つまたは複数の他の建物接続部での電力消費量を決定することをさらに含むことができる。

この方法は、任意の一つまたは複数の第１および第２の計器を遠隔で読み取ることを含むことができる。

広範に記載されたように、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に示すように、本発明に対して多数の変化および／または変形を行うことができることは、当業者により理解される。そのために、本実施形態は、すべての点で例示的であり、限定的ではないとみなされるべきである。また、本発明は、たとえ特徴または特徴の組み合わせが本特許請求の範囲または本実施形態に明示的に指定されていなくても、特徴の任意の組合せ、とりわけ本特許請求の範囲における特徴の任意の組み合わせを包含する。

例として、ほとんどの実際の用途では、電力グリッドの主幹供給は、一般に、例示的な実施形態で記載したように電圧を低下させるような変圧器からのものであろうが、本発明は、電力グリッドが直接主幹電力発電機から供給される場合にも適用されるであろうことが理解される。

Claims (16)

1. 電力グリッドシステムであって、電力グリッドシステムが：
   主幹グリッド部分を含む電力グリッドと；
   各建物接続部が主幹グリッド部分から関連する建物に取り入れられる電力および関連する建物から主幹グリッド部分に送出される電力を計量するように構成された第１の計器を含む複数の建物接続部と；
   一つまたは複数の建物接続部に関し、主幹グリッド部分に対して第１の計器の下流に配置されて、補助発電機から関連する建物に送出される電力を計量するように構成された少なくとも一つの第２の計器と；
   関連する第１および第２の計器からの読取り値に基づいて前記一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定するように構成された統合ユニットと
   を含む電力グリッドシステム。
2. 統合ユニットがＣ＝Ｍ_１import−Ｍ_１export＋Ｍ_２exportを計算することにより電力消費量を決定するように構成され、ここで、Ｃは消費された電力であり、Ｍ_１importは主幹電力グリッドから関連する建物に取り入れられる電力であり、Ｍ_１exportは関連する建物から主幹電力グリッドに送出される電力であり、Ｍ_２exportは補助発電機から関連する建物に送出される電力である、請求項１に記載の電力グリッドシステム。
3. 統合ユニットが第２の計器からの読取り値に基づいて、補助発電機によって電力グリッドに供給される電力を決定するようにさらに構成される、請求項１または２に記載の電力グリッドシステム。
4. 統合ユニットが一つまたは複数の補助発電機から電力グリッドシステムに接続された一つまたは複数の負荷への電力の集計供給量を定めるようにさらに構成される、請求項３に記載の電力グリッドシステム。
5. 補助発電機が光電池（ＰＶ）発電機を含む、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の電力グリッドシステム。
6. ＰＶ発電機が建物の屋上領域に配置される、請求項５に記載の電力グリッドシステム。
7. 統合ユニットが第１の計器からの読取り値に基づいて一つまたは複数の他の建物接続部での電力消費量を決定するようにさらに構成される、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の電力グリッドシステム。
8. 統合ユニットが任意の一つまたは複数の第１および第２の計器を遠隔で読み取るように構成される、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の電力グリッドシステム。
9. 電力グリッドシステムにおける一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定する方法であって、方法が：
   第１の計器を使用して、電力グリッドシステムの主幹グリッド部分から一つまたは複数の建物接続部のそれぞれに関連する建物に取り入れられる電力および関連する建物から主幹グリッド部分に送出される電力を計量することと；
   一つまたは複数の建物接続部に関し、主幹グリッド部分に対して第１の計器の下流に配置された第２の計器を使用して、補助発電機から関連する建物に送出される電力を計量することと；および
   第１および第２の計器からの読取り値に基づいて前記一つまたは複数の建物接続部での電力消費量を決定することと
   を含む方法。
10. 電力消費量の決定がＣ＝Ｍ_１import−Ｍ_１export＋Ｍ_２exportを計算することにより行われ、ここで、Ｃは消費された電力であり、Ｍ_１importは主幹電力グリッドから関連する建物に取り入れられる電力であり、Ｍ_１exportは関連する建物から主幹電力グリッドに送出される電力であり、Ｍ_２exportは補助発電機から関連する建物に送出される電力である、請求項９に記載の方法。
11. 第２の計器からの読取り値に基づいて、補助発電機によって電力グリッドに供給される電力を決定することをさらに含む、請求項９または１０に記載の方法。
12. 一つまたは複数の補助発電機から電力グリッドシステムに接続された一つまたは複数の負荷への電力の集計供給量を定めることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 補助発電機が光電池（ＰＶ）発電機を含む、請求項８〜１２のうちいずれか一項に記載の方法。
14. ＰＶ発電機が建物の屋上領域に配置される、請求項１３に記載の方法。
15. 第１の計器からの読取り値に基づいて一つまたは複数の他の建物接続部での電力消費量を決定することをさらに含む、請求項８〜１４のうちいずれか一項に記載の方法。
16. 任意の一つまたは複数の第１および第２の計器を遠隔で読み取ることを含む、請求項９〜１５のうちいずれか一項に記載の方法。