JP2018153011A - 電力制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
ところが、近年、電力料金の基本料金に、消費電力量のピーク値が影響する料金プランが出てきている。
そのため、上記の複数の電力設備の運転が電力単価が安い時間帯に集中すると、商用電源からの買電による消費電力量のピーク値が高くなり、その分、基本料金が高くなるおそれがある。
特許文献1に記載の電力制御システムでは、夜間の蓄電運転時に商用電源の全消費電力を測定し、全消費電力値がしきい値を超えている場合には、蓄電電力値を一段下げるように制御している。これにより、蓄電運転時に商用電源の全消費電力が、しきい値を越えないようにすることができる。
また、特許文献2に記載の電力制御システムでは、複数の蓄電対象物に対し、それぞれの放電深度に蓄電開始時刻を振り分けることで、全消費電力を抑えるようにしている。
また、特許文献2に記載の技術では、充電対象物(充電を行う車両)が数多く存在する場合には、充電する対象を振り分けてピーク値を下げることが可能であるが、充電対象物の数が少ない場合には、ピーク値を下げることが難しい。
建物に設けられた電力負荷と、
前記建物の外部の電力網から買電した電力を、前記電力負荷に供給する配電部と、
前記電力網からの買電電力の料金体系および前記買電電力の課金のために設定された電力量の計測単位時間に関する情報に基づいて、前記配電部から前記電力負荷への電力供給を制御する電力制御部と、
を備え、
前記電力制御部は、前記電力負荷に対する電力供給として、前記計測単位時間内において電力供給を行う供給時間帯と、電力供給を行わない待機時間帯とを交互に設定した分散供給パターンを設定する運転計画部を備える電力制御システムとした。
(実施の形態1)
まず、図1を参照しながら実施の形態1の電力制御システムの全体構成について説明する。この電力制御システムは、制御される建物としての住宅H1,H2,H3,・・・,HXは、電力会社の発電所や地域毎に設置されたコジェネレーション設備などの系統電力網から電力の供給を受けるための電力網である系統電力網(不図示)に接続されている。なお、以下の説明において、住宅H1,・・・,HXのうちの特定のものを指さない場合は、単に住宅Hと表記する。
次に、実施の形態1の電力制御システムを適用した住宅の電力系統および通信系統を模式的に示すブロック図である図2に基づいて、住宅Hの構成について説明する。
各住宅Hの電力供給系として、分電盤10が設けられている。
分電盤10は、外部の電力網としての商用電源Eに接続され、かつ、住宅Hの太陽電池パネル1、蓄電装置2、電力負荷群3に接続されている。
すなわち、計測装置4は、商用電源Eから分電盤10へ向けて供給される買電力、住宅Hから商用電源Eへ向けて供給される売電力量、太陽電池パネル1で発電された発電電力量、蓄電装置2から放電される放電電力量、蓄電装置2に充電される充電電力量、各分岐回路20a〜20nを介して電力負荷群3へ供給される消費電力量を計測する。
次に、各住宅Hと通信ネットワークN(図1参照)を介して接続される管理サーバ5側の構成について、図3に基づいて説明する。なお、図3は、実施の形態1の電力制御システムの主として管理サーバ側の構成を模式的に示すブロック図である。
管理サーバ5側は、通信インタフェースである通信部71と、各種制御を行う制御部6と、邸情報データベース(DB)51、消費電力履歴データベース(DB)52、電力価格データベース(DB)53、気象データベース(DB)54、運転パターンデータベース(DB)55を備える。
この例では、消費電力量は、住人が不在となる昼間の値が低く、住人が在宅する夕方頃から夜に高くなる。また、深夜は、安価な商用電源Eの電力を用いて、給湯装置31の蓄湯運転を行うとともに、蓄電装置2への蓄電運転を行うため、消費電力量の値が高い値となっている。
この太陽電池パネル1の時間毎の発電量の予測は、気象予報データと過去の気象データとに基づいて行う。すなわち、予測対象日(翌日など)気象データベース54に記憶された翌日の気象予報データ(特に日射量)を読み込むとともに(図5のステップS101C参照)、気象予報データに相関する過去の気象データ(日射量)に関連付けられた発電量履歴を読み込む(図5のステップS101B参照)。そして、これらの読み込んだデータに基づいて、時間毎の発電量予測値を求める(図5のステップS102B)。なお、発電量予測値は、例えば、図7の発電量変化に示すように、日照時間帯においてプラスの値となり、夜間は0となる。
蓄電池充電可能容量演算部64では、蓄電池における充電可能容量を演算する。この充電可能容量は、満充電量(100%)から残容量を差し引いた値である。
ピーク時刻予測部65aは、予測した電力需要量のピーク値およびピーク値の発生時刻であるピーク時刻を求める(図5のステップS104)。
また、ピーク値がピーク上限値Pmaxを越えない場合には、予測した電力需要量に基づいて、電力供給を行う通常の電力計画を設定する(S107)。
以下に、ステップS106において実行するピーク値抑制運転計画を設定する処理について説明するが、この説明に先立ち、商用電源Eによる電力供給者である電力会社における使用電力量(買電した電力量)の計測およびその電力使用量の算出について説明する。
まず、運転時刻計画部65bは、運転時間(蓄熱運転、充電運転)の分散が可能であるか否か判定する(S201)。すなわち、図8に示す電力需要量の予測では、蓄熱運転は、夜間の全時間帯で実行しているため、分散は不可能と判定する。一方、充電運転については、夜間の時間帯(5時間)のうち、その半分の2時間30分であるため、分散可能と判定する。
この運転時間の移動については、電力需要量にマイナスとなる時間帯が存在するか否かにより、具体的な処理が異なるもので、まず、マイナスとなる時間帯が存在する場合について説明する。
電力需要量がマイナスとなる時間帯は、図示は省略するが、要するに太陽電池パネル1などの発電装置による発電量が電力需要量を越える時間帯であり、晴天が予測される昼間に生じ得る。この場合、5:00〜6:00の運転時間を、この電力需要量がマイナス値の時間帯に移動させる。すなわち、本実施の形態では、この時間帯の電力需要量をピーク目標値Petまで低下させる分だけの給湯装置31の蓄熱運転を、電力需要量がマイナスの時間帯に移動させる。なお、空調装置32の運転は、この時間帯5:00〜6:00において必要な運転量であるとともに、給湯装置31による給湯は、夕方以降の使用量が多いため、電力需要量がマイナス値となる昼間に移動させても、問題が無い。
電力需要量がマイナスとなる時刻が存在しない場合としては、例えば、曇りや雨天の場合などのように太陽電池パネル1の発電が無い場合など、昼間の電力需要量がマイナス値となる時間帯が存在しない場合がある。この場合、ピーク値を超える時間帯の蓄熱運転の電力需要量を、電力需要量がピーク目標値Petよりも低い時間帯に移動させる。これによっても、1:00〜6:00の夜間の時間帯全域の電力需要量のピーク値を、ピーク目標値Petまで低下させることができる。
以下に、本実施の形態1の電力制御システムの効果を列挙する。
1)実施の形態1の電力制御システムは、
建物としての住宅Hに設けられた電力負荷としての蓄電装置2および電力負荷群3と、
住宅Hの外部の電力網としての商用電源Eから買電した電力を、電力負荷に供給する配電部としての分電盤10と、
商用電源Eからの買電電力の料金体系および買電電力の課金のために設定された電力量の計測単位時間に関する情報に基づいて、分電盤10から電力負荷への電力供給を制御する電力制御部としての管理サーバ5および住宅コントロールユニット18と、
を備え、
管理サーバ5は、電力負荷に対する電力供給として、計測単位時間内において電力供給を行う供給時間帯と、電力供給を行わない待機時間帯とを交互に設定した分散供給パターンを設定する運転計画部65を備えることを特徴とする。
したがって、1計測単位時間あたりの電力供給量を低減し、運転する電力負荷が複数存在していても、計測単位時間あたりの供給電力量のピーク値を、より確実に抑えることが可能となる。
運転計画部65は、分散供給パターンでは、供給時間帯を、計測単位時間の境界となる境界時刻を跨いで設定することを特徴とする。
したがって、供給時間帯と待機時間帯との切り替えの回数を抑えつつ、上記1)の効果を得ることができる。
運転計画部65は、分散供給パターンでは、供給時間帯と待機時間帯とを、1つの計測単位時間内に均等に設定することを特徴とする。
したがって、上記2)のように供給時間帯が境界時刻を跨いで連続させるのが容易となる。また、供給時間帯と待機時間帯とが1つの計測単位時間に1/2ずつ設定されることで、必要な電力需要量を得るために電力供給が必要な時間の2倍の長さで分散供給パターンによる電力供給を行えばよく、制御が容易である。
電力負荷に、蓄電装置2と給湯装置31とが含まれ、
分散供給パターンにおける供給時間帯による電力供給は、蓄電装置2の充電のための電力供給(充電運転)と、給湯装置31の蓄熱のための電力供給(蓄熱運転)とが含まれる(S202)ことを特徴とする。
例えば、空調装置32や照明への電力供給と異なり、充電や蓄熱は、電力供給時に待機時間帯を設定しても、蓄電装置2や給湯装置31の運転に悪影響を与えにくい。特に、深夜の安価な電力を用いて運転する際には、即座に放電や給湯が必要ではないため、悪影響を与えにくい。このため、分散供給パターンによる電力供給の実施が容易となる。
管理サーバ5は、過去の前記電力負荷の消費電力量を含む電力量の計測データに基づいて、電力負荷に対して商用電源Eから買電を行って供給する電力量である電力需要量を、計測単位時間毎に予測する電力需要量予測部63を備え、
運転計画部65は、予測した電力需要量を供給するため運転計画として分散供給パターンの設定を行うことを特徴とする。
したがって、翌日などの電力需要量の予測に基づいて、適切にピーク値の抑制を図ることができる。
運転計画部65は、予測した電力需要量が、予め設定した上限設定値としてのピーク上限値Pmaxを超えた場合に、分散供給パターンの設定を行う(ステップS105→S106)ことを特徴とする。
したがって、予測した電力需要量のピーク値がピーク上限値Pmaxよりも低い場合には、分散供給パターンによりピーク値を抑制することは無い。よって、無駄に待機時間帯を設定し、ON、OFFを繰り返すことなく、連続的に運転させることができる。
運転計画部65は、予測した電力需要量が、予め設定した上限設定値としてのピーク上限値Pmaxを超えた場合に、電力需要量が所定の時間帯(低価格帯)内で分散可能か否か判定し、分散可能と判定した場合に、分散供給パターンによる電力供給の設定を行うことを特徴とする。
したがって、所定の時間帯内で必要な電力需要量の分散が可能な場合に限って、分散供給パターンの設定を行うことができる。
住宅Hに太陽電池パネル1が設けられており、
電力需要量予測部63は、過去の電力負荷の消費電力量に基づいて電力負荷の計測単位時間毎の消費電力量を予測する(消費電力量予測部)とともに、気象予報データと、過去の発電量データおよび過去の実際の気象データである気象実績データとに基づいて太陽電池パネル1の計測単位時間毎の発電量を予測し(発電量予測部)、予測した消費電力量から予測した発電量を差し引いて、計測単位時間毎の前記電力需要量を予測することを特徴とする。
したがって、過去の計測データに基づいて、高精度で電力需要量を予測することが可能である。
運転計画部65は、計測単位時間毎の電力需要量が予め設定したピーク目標値Pet以下になるよう分散供給パターンによる電力供給の開始から終了までの実行時間幅の設定を行う(ステップS202)ことを特徴とする。
したがって、実際の消費電力を精度高く、予め設定したピーク目標値まで低減させることができる。
運転計画部65は、分散供給パターンの設定では計測単位時間毎に予測した電力需要量が予め設定したピーク目標値以下にならない場合には、充電のための電力供給と、蓄熱のための電力供給を、電力需要量がピーク目標値よりも低い時間帯にシフトさせる(S204)ことを特徴とする。
したがって、分散供給パターンの設定でピーク値をピーク目標値よりも低下できない場合でも、ピーク値をピーク目標値よりも低下させることが可能である。
また、実施の形態では、一日の中で2種類の電力価格が存在する料金体系に適用した例を説明したが、料金体系はこれに限定されるものではなく、3種類以上の電力価格が存在する料金体系にも適用できようできる。すなわち、電力価格およびその切り替わりの時刻は例示であって、電力価格が変化する時刻や価格が異なる時間帯の数は、電力会社などの外部の系統電力網を供給する会社の経営方針やその時の政策などによって変化する。また、電力需要量などの予測する単位時間も、任意に設定することができる。
さらに、実施の形態では、計測単位時間帯を区画する境界時刻を跨いで、供給時間帯を設定するようにした。この場合、境界時刻を跨がずに設定するものと比較して、供給時間帯と待機時間帯の切り替え回数を減らすメリットはあるものの、所期のピーク値を抑えるという目的では、境界時刻を跨がない設定としてもよい。例えば、1計測単位時間帯を2分する場合でも、各計測単位時間帯において、N:00およびN:30から供給時間帯を設定し、N:15、N:45から待機時間帯を設定するようにしてもよい。
ここで、上記のように、1計測単位時間を3以上に分割し、各分割した時間に供給時間帯と待機時間帯とを配分した例を、実施の形態2として図10に基づいて説明する。
なお、図10は、実施の形態2による分散供給パターンの設定および電力供給のシフトを行った場合の運転計画の一例を示すタイムチャートである。
また、実施の形態2の電力制御システムは、実施の形態1の変形例であるから、実施の形態1との相違点のみを説明し、実施の形態1と共通する構成、作用、効果については説明を省略する。
したがって、この実施の形態2の場合も、供給時間帯は、分散供給パターンでは、供給時間帯を、計測単位時間の境界となる境界時刻を跨いで設定することになる。
2 蓄電装置(電力負荷)
3 電力負荷群
4 計測装置
5 管理サーバ(電力制御部)
10 分電盤(配電部)
18 住宅コントロールユニット(電力制御部)
31 給湯装置
32 空調装置
61 消費電力量予測部
62 発電量予測部
63 電力需要量予測部
65 運転計画部
65a ピーク時刻予測部
65b 運転時刻計画部
E 商用電源(電力網)
H 住宅(建物)
Pet ピーク目標値
Pmaxピーク上限値
Claims (9)
- 建物に設けられた電力負荷と、
前記建物の外部の電力網から買電した電力を、前記電力負荷に供給する配電部と、
前記電力網からの買電電力の料金体系および前記買電電力の課金のために設定された電力量を計測する単位時間である計測単位時間に関する情報に基づいて、前記配電部から前記電力負荷への電力供給を制御する電力制御部と、
を備え、
前記電力制御部は、前記電力負荷に対する電力供給として、前記計測単位時間内において電力供給を行う供給時間帯と、電力供給を行わない待機時間帯とを交互に設定した分散供給パターンを設定する運転計画部を備えることを特徴とする電力制御システム。 - 請求項1に記載の電力制御システムにおいて、
前記運転計画部は、前記分散供給パターンでは、前記供給時間帯を、前記計測単位時間の境界となる境界時刻を跨いで設定することを特徴とする電力制御システム。 - 請求項1または請求項2に記載の電力制御システムにおいて、
前記運転計画部は、前記分散供給パターンでは、前記供給時間帯と前記待機時間帯とを、1つの前記計測単位時間内に均等に設定することを特徴とする電力制御システム。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電力制御システムにおいて、
前記電力負荷に、蓄電装置と給湯装置とが含まれ、
前記分散供給パターンにおける前記供給時間帯による電力供給は、前記蓄電装置の充電のための電力供給と、前記給湯装置の蓄熱のための電力供給とが含まれることを特徴とする電力制御システム。 - 請求項4に記載の電力制御システムにおいて、
前記電力制御部は、過去の前記電力負荷の消費電力量を含む電力量の計測データに基づいて、前記電力負荷に対して前記電力網から買電を行って供給する電力量である電力需要量を、前記計測単位時間毎に予測する電力需要量予測部を備え、
前記運転計画部は、予測した前記電力需要量を供給するため運転計画として前記分散供給パターンの設定を行うことを特徴とする電力制御システム。 - 請求項5に記載の電力制御システムにおいて、
前記運転計画部は、予測した前記電力需要量が、予め設定したピーク上限値を超えた場合に、前記分散供給パターンの設定を行うことを特徴とする電力制御システム。 - 請求項5または請求項6に記載の電力制御システムにおいて、
前記建物に太陽光発電装置が設けられており、
前記電力需要量予測部は、過去の前記電力負荷の消費電力量に基づいて前記電力負荷の前記計測単位時間毎の消費電力量を予測するとともに、気象予報データと、過去の発電量データおよび過去の実際の気象データである気象実績データとに基づいて前記太陽光発電装置の前記計測単位時間毎の発電量を予測し、前記予測した消費電力量から前記予測した発電量を差し引いて、計測単位時間毎の前記電力需要量を予測することを特徴とする電力制御システム。 - 請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の電力制御システムにおいて、
前記運転計画部は、計測単位時間毎の前記電力需要量が予め設定したピーク目標値以下になるよう前記分散供給パターンによる電力供給の開始から終了までの実行時間幅の設定を行う
ことを特徴とする電力制御システム。 - 請求項8に記載の電力制御システムにおいて、
前記運転計画部は、前記分散供給パターンの設定では計測単位時間毎に予測した前記電力需要量が予め設定したピーク目標値以下にならない場合には、前記充電のための電力供給と、前記蓄熱のための電力供給を、前記電力需要量が前記ピーク目標値よりも低い時間帯にシフトさせる
ことを特徴とする電力制御システム。
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