JP2019134632A - 電力供給方法、情報処理プログラム及び電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】需要見込みに相当する電力を超えて発電する電力を有効利用できる分散型エネルギーによる電力の供給方法、当該供給方法のための情報処理プログラム及び当該供給方法のための電力供給装置を提供する。【解決手段】分散型エネルギーを直流電力に変換する装置Ｔ直、前記直流電力を交流電力に変換する装置Ｔ交及び蓄電装置を使用する電力供給方法であって、装置Ｔ直で変換された直流電力中、前記装置Ｔ交で交流電力に変換できなかった未変換直流電力を前記蓄電装置に蓄電する工程を有する。未変換直流電力は、装置Ｔ直によって装置Ｔ交の変換能力を超えて変換された直流電力を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、分散型エネルギーを電力源とした電力の供給方法、当該供給方法のための情報処理プログラム及び当該供給方法のための電力供給装置に関する。

経産省が２０１４年６月にまとめた、我国の向こう２０年間の「エネルギー基本計画」によれば、分散型エネルギーである再生可能エネルギー等は、２０３０年の発電電力量のうちの約２割程度を占めると予想される我国の重要なエネルギー源であり、その利用方法が種々検討されている。

例えば、再生可能エネルギーの中で近年、普及が著しく発電量が急増している太陽光エネルギーによる太陽光発電は、電力会社の送配電網への電力供給が集中することにより送配電網末端の電圧等の電磁パラメータが不安定にならないように、電力会社から太陽光発電業者による太陽光エネルギー発電に対して出力制御ルールを適用する等の運用制度が導入されている（再エネ特措法第５条第１項柱書及び同条同項第２号、再エネ特措法施行規則第６条第１項第３号イ及びロ）。

このような分散型エネルギーの利用に対する運用制度の導入に伴い、例えば出力制御ルールの下での効率的な電力供給方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１７−１０８５２６号公報

しかし、従来の電力管理方法は、出力抑制を考慮した需要見込みを賄う電力を対象としており、電力供給業者が、売電電力の増加を図るために発電能力を強化する場合に、需要見込みに相当する電力を超える発電電力を有効利用する観点からの電力供給方法は提案されていない。

本発明は、需要見込みに相当する電力を超えて発電する電力を有効利用できる分散型エネルギーによる電力の供給方法、当該供給方法のための情報処理プログラム及び当該供給方法のための電力供給装置を提供することを課題とする。

本発明は、
〔１〕分散型エネルギーを直流電力に変換する装置Ｔ_直、前記直流電力を交流電力に変換する装置Ｔ_交及び蓄電装置を使用する電力供給方法であって、
前記装置Ｔ_直で変換された直流電力中、前記装置Ｔ_交で交流電力に変換できなかった未変換直流電力を前記蓄電装置に蓄電する工程を有し、
前記未変換直流電力が、前記装置Ｔ_直によって前記装置Ｔ_交の変換能力を超えて変換された直流電力を含む電力供給方法（以下「本発明１」ともいう）、
〔２〕前項〔１〕記載の未変換直流電力を予測するための情報処理プログラムであって、
コンピュータに、
時刻ｔにおける、前項〔１〕記載の装置Ｔ_直に供給される分散型エネルギー供給量ｅ（ｔ）を入力するステップ１、
前記ｅ（ｔ）に基づき、時刻ｔにおける、
前項〔１〕記載の装置Ｔ_交で生じる予測交流電力ｗ_交１（ｔ）、及び、
前記ｗ_交１（ｔ）を生じるのに必要な前記装置Ｔ_直で生じる予測直流電力ｗ_直１（ｔ）を算出するステップ２、
時刻ｔにおいて装置Ｔ_直で生じた直流電力ｗ_直２（ｔ）を入力ステップ３、
並びに、
ｗ_直２（ｔ）−ｗ_直１（ｔ）の算出値Δｗ_直（ｔ）を未変換直流電力の予測値として入力するステップ４を実行させる情報処理プログラム（以下「本発明２」ともいう）、及び、
〔３〕前項〔１〕記載の装置Ｔ_直、装置Ｔ_交及び蓄電装置を備え、
前記装置Ｔ_直から前記装置Ｔ_交への直流電力の供給量及び前記未変換直流電力の前記蓄電装置への供給量が、前項〔２〕記載のΔｗ_直（ｔ）に基づいて設計されている電力供給装置（以下「本発明３」ともいう）に関する。

なお、本明細書では本発明１〜３をまとめて本発明という。

本発明によれば、需要見込みに相当する電力を超えて発電する電力を有効利用できる分散型エネルギーによる電力の供給方法、当該供給方法のための情報処理プログラム及び当該供給方法のための電力供給装置を提供することができる。

太陽光発電の従来システムと本発明の対比の１例である。 太陽光発電の従来システムと本発明の対比の１例である。 太陽光発電の従来システムと本発明の対比の１例である。 太陽電池モジュールに照射される日射量又は予測日射量の経時変化（ｅ（ｔ））の模式図である。 図１の日射量又は予測日射量を仮定した場合の太陽光発電における装置Ｔ_直の需要直流電力又は予測需要直流電力の経時変化（ｗ_直１（ｔ））の模式図である。 図１の日射量又は予測日射量を仮定した場合の太陽光発電における、出力抑制するように制御されていない場合の、装置Ｔ_直の発生直流電圧又は予測発生直流電圧の経時変化（ｗ_直２（ｔ））の模式図である。 図１の日射量又は予測日射量を仮定した場合の太陽光発電における、出力抑制するように制御されている場合の、装置Ｔ_直の発生直流電力又は予測発生直流電力の経時変化（ｗ_直２（ｔ））の模式図である。 本発明を適用した太陽光発電の場合の分散型エネルギー発電制御システムの１例である。

〔本発明１〕
本発明１は、
分散型エネルギーを直流電力に変換する装置Ｔ_直、前記直流電力を交流電力に変換する装置Ｔ_交及び蓄電装置を使用する電力供給方法であって、
前記装置Ｔ_直で変換された直流電力中、前記装置Ｔ_交で交流電力に変換できなかった未変換直流電力を前記蓄電装置に蓄電する工程を有し、
前記未変換直流電力が、前記装置Ｔ_直によって前記装置Ｔ_交の変換能力を超えて変換された直流電力を含む電力供給方法である。
（分散型エネルギー）
総合資源エネルギー調査会長期エネルギー需給見通し小委員会（第６回会合）資料１によれば、「分散型エネルギーと」とは、比較的小規模で、かつ様々な地域に分散しているエネルギーの総称であり、従来の大規模・集中型エネルギーに対する相対的な概念であるとされており、(1)使用する創エネルギー機器の別、(2)電気・熱といったエネルギー形態の別、(3)機器単体か、複数機器の組合せで使用するのかの別など、様々な形態が存在するとされる。

本発明において「分散型エネルギー」とは、比較的小規模で、かつ様々な地域に分散しているエネルギーの形態によって特徴づけられるとする。

分散型エネルギーに含まれるエネルギーの形態としては、再生可エネルギー及び未利用熱が挙げられる。

再生可能エネルギーとしては、
（１）高温エネルギーである「温泉・地熱」、「太陽光」、「バイオマス熱」等、
（２）低温エネルギーである「雪氷熱」等、
（３）温度差エネルギーである「海水熱」、「河川水熱」、「地下水熱」、「下水熱」、「地中熱」等が挙げられる。

未利用熱としては、
（１）高温エネルギーである「清掃工場排熱」「下水汚泥焼却場排熱」「工場排熱」「火力発電所排熱」等、
（２）低温エネルギーである「変電所排熱」「地下ケーブル排熱」「地下鉄排熱」「ＬＮＧ冷熱」等が挙げられる。

分散型エネルギーを電力源とする電力の供給方法について、当該分野において様々な取り組みがなされているが、現時点で最も利用が進んでいるのは再生可能エネルギーである太陽熱を電力源とする太陽光発電である。

（本発明１を構成する装置）
本発明１では、分散型エネルギーを直流電力に変換する装置Ｔ_直、当該直流電力を交流電力に変換する装置Ｔ_交及び蓄電装置を使用する。

以下では、
装置Ｔ_直によって変換されて発生した直流電力を「発生直流電力」又は装置Ｔ_直で生じた直流電力といい、
装置Ｔ_交によって変換されて発生した交流電力を「発生交流電力」又は装置Ｔ_交で生じた交流電力という。

なお、装置Ｔ_直及び装置Ｔ_交の具体的な装置は、分散型エネルギーを直流電流に変換し、直流電流を交流電流に変換することになるが、
当該直流電流によって単位時間当たりになす仕事が本発明１における装置Ｔ_直によって変換されて発生した直流電力であり、
当該交流電流によって単位時間当たりになす仕事が本発明１における装置Ｔ_交によって変換されて発生した交流電力であるとする。

本発明１では、発生交流電力は、例えば、電力供給者が売電又は自家消費する。

なお、電力供給者とは、発生交流電力を電力送配電網業者（例えば、地域独占事業をする電力会社）に売電する事業者をいい、売電の専業者と、自家消費した残余電力を売電する一般家庭を含むが、本発明１は、散逸電力の規模の大きい売電の専業者が電力供給者であることが好ましい。

発生直流電力のうち発生交流電力に変換されなかった未変換直流電力は、本発明１では蓄電装置に蓄電電力として蓄電される工程を経て、例えば、当該蓄電電力は必要に応じて装置Ｔ_交によって交流電力に変換され、電力供給者が売電又は自家消費する。

太陽光発電の場合、例えば以下のような装置で構成される電力供給装置が使用される。

（１）装置Ｔ_直として、太陽光熱を直流電流に変換するための太陽電池モジュール；
（２）装置Ｔ_交として、直流電流を交流電流に変換するインバータ（我国では「パワーコンディショナー（ＰＣＳ）」とも呼ばれる）；
（３）インバータからの交流電流を集約し電力会社の送配電網に供給するための受電装置；並びに、
（４）インバータで交流電流に変換されなかった未変換直流電流を電気エネルギーとして蓄電し、蓄電した電気エネルギーを放電するための蓄電装置。

本発明では、太陽光発電の場合、装置Ｔ_交は少なくともインバータを含み、装置Ｔ_直から供給された直流電力がインバータに供給される前に設置される受電装置としての接続箱や直流集電箱も含めることができ、インバータで変換されて発生した交流電力の受電装置としての集電箱や当該交流電力を一時蓄電するための蓄電装置も含めることができる。

多くの場合、太陽電池モジュールは複数の太陽電池セルで構成されるパネル形態であり、電力供給者は１か所に複数の太陽電池モジュールを設置する。

なお、直流電流及び交流電流が単位時間になす仕事が電力であるから、装置Ｔ_直及びＴ_交で変換された電流は必ず電力を伴うので、本明細書では装置Ｔ_直及びＴ_交による直流電流及び交流電流への変換は、装置Ｔ_直及びＴ_交による直流電力及び交流電力の変換と同じ意味で使用する。

太陽光発電では、電力供給装置の装置_交で生じる交流電力が、
住宅用の場合は、１０ｋＷ未満の低圧である場合が多く、
産業用の場合は、発生交流電力の規模によって、１０ｋＷ以上５０ｋＷ未満の低圧、５０ｋＷ以上２，０００ｋＷ未満の高圧、２，０００ｋＷ以上の特別高圧に分類される場合がある。

本発明は、発生電力及び未変換直流電力の規模の観点から、
「住宅向」・「低圧」・「高圧」・「特別高圧」の未変換直流電力を対象とすることが好ましく、
「低圧」・「高圧」・「特別高圧」の未変換直流電力を対象とすることがより好ましく、
「高圧」・「特別高圧」の未変換直流電力を対象とすることが更に好ましい。

太陽電池モジュールで発生した直流電流は、図１〜３で示すような流れで交流電力に変換されて利用に供される。

特別高圧及び高圧では、多くの場合、複数の太陽電池モジュールで発生した直流電力はそれぞれ接続箱を経由して直流集電箱で集電されてインバータに供給される（図１参照）。

低圧では、多くの場合、複数の太陽電池モジュールで発生した直流電力は、直接インバータに供給され、交流集電箱を経由して利用に供される（図２参照）。

住宅向けでは、多くの場合、複数の太陽電池モジュールで発生した直流電力は、直接インバータに供給されて利用に供される（図３参照）。
住宅向けでは、太陽電池モジュール毎にマイクロインバータ、ミニインバータ等の小規模インバータが設置されている場合もある。

多く場合、利用に供される交流電力量はメータ又はスマートメータによってカウントされる。

交流電力の利用形態としては、特別高圧及び高圧では電力会社の送配電網に供給して売電に供され、低圧及び住宅向けでは、直接自家消費され、直接自家消費しきれない余剰分は蓄電装置に蓄電し、所望のタイミングで自家消費又は売電に供される。

従来の分散型エネルギー発電（例えば太陽光発電）システムでは、後述するように、装置Ｔ_直（例えば太陽電池モジュール）が蔵置Ｔ_交（例えばインバータ）の変換能力に比べて過積載されたり、インバータの変換能力が出力抑制等により制限されたりして、太陽電池モジュールで発生した直流電力がインバータの変換能力を超えてしまうと、インバータで交流電力に変換できない未変換直流電力は熱となって散逸してしまう（例えば図１〜３（ａ））。

本発明１〜３によれば、例えば、未変換直流電力を予め予測して、未変換直流電力をインバータに供給する前に、蓄電装置に蓄電して、所望のタイミングで売電又は自家消費に共することができる（例えば図１（ｂ）〜３（ｂ））。

太陽光発電の場合、具体的には、例えば、図１〜３に例示する態様（ｂ）で構成される電力供給装置が使用され、発生電力及び未変換直流電力の規模の観点から、特別高圧・高圧電力の場合は図１（ｂ）の態様、図２（ｂ）の低圧電力の場合は態様、住宅用電力の場合は図３（ｂ）態様であることが好ましい。

（装置Ｔ_交の変換能力）
装置Ｔ_交の直流電力の交流電力への変換能力は、以下の２つの要素で規定される。

（１）装置Ｔ_交の直流／交流変換回路
例えば、太陽光発電の場合、装置Ｔ_交であるインバータは、装置Ｔ_直で生じる直流電流を、連続的に交流波形を変えることなく交流電流に変換できた場合の、発生直流電力Ｐ_Ｃと発生交流電力Ｐ_Ａの比、変換効率Ｐ_Ａ／Ｐ_Ｃ（以下「本来の変換能力」ともいう））が大きいほど変換能力が高いことになるが、この変換能力は装置Ｔ_交の直流／交流変換回路の形態に基づいて決まる。

（２）出力抑制
太陽光発電の場合、装置_交で生じた交流電力が、受電装置から電力会社の送配電網に供給されるが、送配電網全体でみると、電力供給者から供給された交流電力の総計と末端需要者の消費電力に過不足が生じてバランスが崩れると、末端需要者の使用する電力に由来する電圧等の電磁パラメータが不安定になる。

そこで、電力供給者から供給された交流電力の総計と末端需要者の消費電力に過不足が生じないように、電力会社が電力供給者に発生交流電力の抑制（以下「出力抑制」という）を義務付ける出力抑制制度が法律で定められている（再エネ特措法第５条第１項柱書及び同条同項第２号、再エネ特措法施行規則第６条第１項第３号イ及びロ）。

本発明１では、例えば上述した出力抑制制度に基づいて、電力供給者が発生交流電力をＴ_交の本来の変換能力以下に抑制することが必要になる場合がある（例えば、太陽光発電の場合、インバータの変換効率を所定期間低下させるようにインバータを制御することになる）ことを想定している。

本発明１では、装置Ｔ_交の直流電力の交流電力への変換能力とは、本来の変換能力と出力抑制するように制御された場合の変換能力を含み、出力制御するように制御されていない場合は、本来の変換能力を意味する。

（装置Ｔ_直の変換能力）
装置Ｔ_直は、分散型エネルギーを直流電流に変換する装置であり、その変換能力は分散型エネルギー／直流変換回路の変換能力とその数を主要な要素として決まる。

太陽光発電の場合は、装置Ｔ_直である太陽電池モジュールは太陽電池単体の素子であるセルを直列接続したパネルで構成され、装置Ｔ_直の直流電流への変換能力は、太陽電池モジュールで使用される太陽電池の光電効果を利用した光エネルギー／直流変換回路（例えばｐｎ接合型ダイオード）の変換能力と、パネルに含まれるセルの数とパネルの数で決まる。

（未変換直流電力）
分散型エネルギーを電力源とした電力の供給方法において、発生交流電力の供給量を増加させるには、装置Ｔ_直の変換能力を増大することが直接的であり、
（１）分散型エネルギー／直流変換回路の変換能力を向上させる、及び／又は、
（２）分散型エネルギー／直流変換回路の数を増やすことで実現できる。

分散型エネルギー／直流変換回路の変換能力を向上するには、変換能力の高い高価な分散型エネルギー／直流変換回路を導入するか、分散型エネルギー／直流変換回路の変換能力を向上するための新たな研究投資が必要である場合が多い。

従って、発生交流電力の供給量を増加させるには、既存の手頃な価格の分散型エネルギー／直流変換回路の数を増やすことが短期間に廉価に実現できる観点から有利である。

例えば、太陽光発電の場合、太陽電池の光エネルギー／直流変換回路の変換能力を増大することは、太陽電池モジュールを構成するパネルの枚数を増加させることで短期間に廉価に実現できる。

一方、装置Ｔ_直が直流電力に変換するために、装置Ｔ_直に供給される分散型エネルギーは、水力発電や火力発電のように定常的に一定量が供給される、又は、その供給量を調整できるわけではなく、分散型エネルギーの形態に応じて、非定常的に供給される。

例えば、太陽光発電の場合、分散型エネルギーである太陽光熱は日照時間だけしか供給されないので、太陽光熱の供給量は、天気の良い日では、夜明けから徐々に増大し、日中でピークとなり、夕方から夜に向けて徐々に減少し、曇り又は雨の日ではほとんど０であり、季節によっても大きく変動する。

従って、分散型エネルギー／直流変換回路の変換能力を向上すると、
（１）装置Ｔ_交で生じた交流電力が末端需要者の消費電力よりも大きくなる場合（この場合を以下「過剰供給の場合」という）、及び、
（２）装置Ｔ_直で生じた直流電力がＴ_交の変換能力を超えてしまう場合（この場合を以下「過積載の場合」という）、
において、装置Ｔ_直で生じた直流電力が使用されずに消失してしまう未変換直流電力が発生することになる。

なお、過積載の場合で、末端需要者の消費電力がＴ_交の変換能力を超えていない場合は、末端需要者の消費電力を超えてＴ_交の変換能力限度までの交流電力が過剰供給の場合ということになる。

太陽光発電の場合における未変換直流電力の例を図４〜７によって説明する。

図４は、太陽電池モジュールに照射される日射量又は予測日射量の経時変化（ｅ（ｔ））の模式図である。予測日射量は、例えば、気象衛星を利用した、気象庁による自動気象データ収集システム（ＡＭｅＤＡＳ）、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）による日射量データベースのような情報システムによるその日の予測日射量を使用することができる。

図５は、図１の日射量又は予測日射量を仮定した場合の太陽光発電における装置Ｔ_直の需要直流電力又は予測需要直流電力の経時変化（ｗ_直１（ｔ））の模式図である。
装置Ｔ_直の需要直流電力とは、その日の装置Ｔ_交で生じて需要家に消費された交流電流を生じるのに必要な発生直流電力であり、
装置Ｔ_直の予測需要直流電力とは、予測日射量及び予測需要電力に基づく、その日の装置Ｔ_交で生じさせるべき交流電力を生じるのに必要な発生直流電力である。

図６は、
黒棒グラフはｗ_直１（ｔ）の模式図であり、
灰色棒グラフは、予測日射量及び予測需要電力に基づく、出力抑制するように制御されていない場合の、装置Ｔ_直の発生直流電圧又は予測発生直流電圧の経時変化（ｗ_直２（ｔ））の模式図であり、
線グラフは、装置Ｔ_交の変換能力において生じうる最大の発生交流電圧を生じさせるのに必要な装置Ｔ_直の発生直流電圧（以下「限界需要直流電圧」という）の模式図である。

Δｗ_直（ｔ）＝ｗ_直２（ｔ）−ｗ_直１（ｔ）が、未変換直流電力である。
ｗ_直２（ｔ）≦限界需要直流電圧におけるΔｗ_直（ｔ）が過剰供給の場合の未変換直流電力（以下「過剰供給直流電力」という）であり、
ｗ_直２（ｔ）＞限界需要直流電圧におけるΔｗ_直（ｔ）が過積載の場合の未変換直流電力（以下「過積載直流電力」という）である。

図７は、
黒棒グラフはｗ_直１（ｔ）の模式図、灰色棒グラフは、ｗ_直２（ｔ））の模式図、線グラフは限界需要直流電圧の模式図である。

図７では、装置Ｔ_直の需要直流電力又は予測需要直流電力が、日射量又は予測日射量及び需要電力又は予測需要電力だけでなく、出力抑制が考慮されており、その日の９時から１４時までは、需要又は需要予測によらず発生交流電力が抑制されているために、装置Ｔ_直の需要直流電力又は予測需要直流電力が減少することになる。

図６では、その日の９時から１４時までは、装置Ｔ交の変換能力が本来の変換能力以下に制限されるため、過積載直流電力が図５の場合よりも増加する。

（未変換直流電力の利用）
本発明１は、上述した未変換直流電力を蓄電装置に蓄電する工程を有し、当該未変換直流電力には前記未変換直流電力が、前記装置Ｔ_直によって前記装置Ｔ_交の変換能力を超えて変換された直流電力（過積載直流電力）が含まれ、好ましくは装置Ｔ_交の直流電力を交流電力に変換する変換能力が、出力抑制するように制御されていない場合の交換能力である場合に、当該交換能力を超えて変換された直流電力が含まれる。

本発明１において蓄電された未変換直流電力は、従来は、需要家に利用されずに消失してしまった電力であるが、これを蓄電して必要に応じて装置Ｔ_交に放電して需要家が利用できるときに供給することができる。

蓄電された未変換直流電力の利用形態としては以下が挙げられる。
（１）未変換直流電力の容量（実測値や予測値）から、最も効率的な、
（1-1）セル容量（何直何列）・充放電回数等の蓄電池仕様、
（1-2）入力電圧・出力電力量等のインバータ仕様、及び、
（1-3）付随する電気設備費用、工事費用及び維持費用等
の投資効果を予測計算（シミュレーション）する事によって、蓄電された電力を自産自消で消費しつつ、インバータ経由でシフト売電、夜間売電する事によって売電収入増加を期待できる。

（２）予測計算に、電力送配網内の需要と供給バランス（例えばスマートグリッドで管理された）要素を組込んで、蓄電量の最も効率的な売電シフト（放電シフト）を期待できる。

（３）水素エネルギーを製造するための電気エネルギー源として使用することで、
運搬が困難な電気エネルギーを圧縮可能で運搬が可能な水素エネルギーに変換して、
（3-1）電気自動車（ＥＶ、ＰＨＶ）にて自産自消する、
（3-2）災害防災時の電力資源とする、
（3-3）電力送配網インフラが遮断された場合に「運搬」可能な電力資源とする、
等、再利用資源として用途拡大化が期待できる。

（蓄電装置）
本発明１において、未変換直流電力を蓄電するための蓄電装置は以下のように設計されていることが好ましい。

蓄電池を使った、例えば、無停電電源装置（ＵＰＳ）は、
安定した入力電源（ＡＣ）を直流の蓄電池（ＤＣ）に蓄積して、
放電時に交流に変換（ＡＣ）して、ＡＣ→ＤＣ→ＡＣの流れで電力供給を行う。

太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーは、出力直流電力の量が非常に不安定であることに加え、例えば、電力供給者の太陽電池モジュールの過積載、電力会社からの出力抑制制御、自家消費後の余剰電力等蓄電池への充電時間や充放電管理の基礎となるパラメータを予想計算に十分に組み込んでいるとはいえず、蓄電池に供給される未変換直流電力を安定に制御できているとはいえない。

そのため、蓄電池の仕様（セルの充放電回数、セル容量、何直何列、過充電、過放電、ＢＭＳ、ＢＭＵ、電源回路、発熱、高周波、高調波、力率、減衰、経年劣化）は大変緻密であるところ、蓄電池に供給される未変換直流電力を安定に制御できない現状では、蓄電池が損傷し発火等のリスクを回避しきれるとは言い難い。

本発明１の電力供給方法を、例えば後述する本発明２のプログラムに基づき本発明３の電力供給方法とすることで、電力供給者の太陽電池モジュールの過積載、電力会社からの出力抑制制御、自家消費後の余剰電力等蓄電池への充電時間や充放電管理の基礎となるパラメータを予想計算に組込んで、蓄電池に供給される未変換直流電力を安定に制御する中で適切な蓄電池を選択したり設計したりすることができ、再生可能エネルギー由来の未変換直流電力を効率よく安定に、結果として安全に放充電できる蓄電池を得ることができる。

〔本発明２〕
本発明２は、本発明１における未変換直流電力を予測するための情報処理プログラムであって、コンピュータに、
時刻ｔにおける、本発明１における装置Ｔ_直に供給される分散型エネルギー供給量ｅ（ｔ）を入力するステップ１、
前記ｅ（ｔ）に基づき、時刻ｔにおける、
本発明１における装置Ｔ_交で生じる予測交流電力ｗ_交（ｔ）、及び、
ｗ_交（ｔ）を生じるのに必要な装置Ｔ_直で生じる予測直流電力ｗ_直１（ｔ）を算出するステップ２、
時刻ｔにおいて装置Ｔ_直で生じた直流電力ｗ_直２（ｔ）を入力するステップ３、
並びに、
ｗ_直２（ｔ）−ｗ_直１（ｔ）の算出値Δｗ_直（ｔ）を未変換直流電力の予測値として入力するステップ４を実行させる情報処理プログラムである。

本発明２を、太陽光発電の電力供給者の場合を例にして以下に説明する。

（ステップ１）
本発明２のステップ１は、時刻ｔにおける、本発明１における装置Ｔ_直に供給される分散型エネルギー供給量ｅ（ｔ）を入力するステップである。

太陽光発電においては、太陽光熱（分散型エネルギー）供給量ｅ（ｔ）は、
時刻ｔにおける電力供給者の使用する太陽電池モジュール（装置Ｔ_直）に照射された太陽光熱の計測値を使用してもよく、
太陽光発電の実施実績に基づき、時刻（ｔ）における電力供給者の使用する太陽電池モジュール（装置Ｔ_直）に照射される太陽光熱の予測値を使用してもよい。

ｅ（ｔ）の予測値は、例えば、電力供給者の使用する太陽電池モジュールが設置された場所における太陽光発電の年間実施実績に基づき、当該時刻ｔの天気予測に基づいた算出値を使用できる。

ｅ（ｔ）は、太陽光熱の計測装置測定できる最小の時間単位（例えば、秒単位）毎の計測値でもよく、適当な期間（例えば１時間）の平均計測値を使用してもよく、その場合、ｅ（ｔ）は当該期間毎に算出される。

例えば、図１は、１日の日射量（ｅ（ｔ））を３０分毎の平均値の経時変化を棒グラフ化したものとみることができ、その場合、ｔは３０分毎の時刻になる。

ｅ（ｔ）は、太陽電池モジュール（装置Ｔ_直）に照射された太陽光熱の計測値に基づき、時刻ｔの最小二乗近似等の所定の近似曲線を作成して使用してもよい。

ｅ（ｔ）並びに後述するｗ_交１（ｔ）、ｗ_直２（ｔ）、Δｗ_直（ｔ）、Δｗ_{直（過積載）}（ｔ）、及びΔｗ_{直（出力抑制）}（ｔ）等（以下まとめて「変換電力パラメータ」ともいう）は、ｅ（ｔ）と同様に、最小の時間単位（例えば、秒単位）（以下「各瞬間」ともいう）毎の計測値又は計算値でもよく、適当な期間（例えば３０分又は１時間）の平均計測値又は平均計算値を使用してもよく、その場合、変換電力パラメータは当該期間毎に算出される。

変換電力パラメータの、例えば単位時間（例えば、１時間、１日、１月又は１年）当りの総量は、単位時間の上述した適当な期間の平均計測値又は平均計算値の総和になるが、未変換直流電力を無駄なく利用する観点から、好ましくは、各瞬間の電力パラメータの計測値又は計算値の時間積分で算出することが好ましい。

変換電力パラメータは、電力供給者毎に設置が進む需給電力をデジタル管理する太陽光発電におけるスマートメータ（smart meter）、ＡＭＩ(Advanced Metering Infrastructure)、ＡＭＲ(Automatic meter reading)等のスマートグリッド（smart grid）によって制御されることが好ましい。

（ステップ２）
本発明２のステップ２は、ｅ（ｔ）に基づき、時刻ｔにおける、
本発明１における装置Ｔ_交で生じる予測交流電力ｗ_交１（ｔ）、及び、
ｗ_交１（ｔ）を生じるのに必要な装置Ｔ_直で生じる予測直流電力ｗ_直１（ｔ）を算出するステップである。

太陽光発電においては、ステップ１で入力されたｅ（ｔ）が、電力供給者の使用する太陽電池モジュール（装置Ｔ_直）で全て直流電力ｗ_直２（ｔ）に変換されたとしても、直流電力ｗ_直２（ｔ）の全てがインバータ（装置Ｔ_交）で交流電力に変換されるわけではない。
インバータ（装置Ｔ_交）の変換能力の限界と出力抑制による限界の範囲で、直流電力ｗ_直２（ｔ）の一部だけが需要に応じて供給される交流電力に変換される。

ｗ_交（ｔ）は、時刻ｔの実際の需要に応じて供給された交流電力を計測してもよいし、需要見込の交流電力を使用してもよく、どちらの場合も予測交流電力ｗ_交（ｔ）と称する。

予測交流電力ｗ_交（ｔ）を生じるのに必要な、装置Ｔ_直で生じる予測直流電力ｗ_直１（ｔ）も装置Ｔ_直の変換能力に基づき容易に算出できる。

（ステップ３）
本発明２におけるステップ３は、時刻ｔにおいて装置Ｔ_直で生じた直流電力ｗ_直２（ｔ）を入力するステップである。
ｅ（ｔ）が、電力供給者の使用する太陽電池モジュール（装置Ｔ_直）で変換されて得られた直流電力を直流電力ｗ_直２（ｔ）とする。

（ステップ４）
本発明２におけるステップ３は、ｗ_直２（ｔ）−ｗ_直１（ｔ）の算出値Δｗ_直（ｔ）を未変換直流電力の予測値として入力するステップである。

Δｗ_直（ｔ）のうち、
インバータ（装置Ｔ_交）の変換能力の限界と出力抑制による限界の範囲で生じたΔｗ_直（ｔ）は、需要に応じて供給される交流電力以上に発電してしまった電力（以下「過剰供給電力Δｗ_{直（過剰）}（ｔ）」又は「Δｗ_{直（過剰）}（ｔ）」ともいう）であり、
インバータ（装置Ｔ_交）の変換能力の限界と出力抑制による限界の範囲を超えて生じたΔｗ_直（ｔ）は、電力供給者が需要見込み以上に太陽電池モジュールを過積載したことによリアルタイム需要では消費しきれない電力（以下「過剰積載電力Δｗ_{直（過積載）}（ｔ）」又は「Δｗ_{直（過積載）}（ｔ）」ともいう）である。

過積載電力のうち、出力抑制されていない場合のインバータ（装置Ｔ_交）の変換能力の限界と、出力抑制されている場合のインバータ（装置Ｔ_交）の変換能力の限界の範囲にあるΔｗ_{直（過積載）}（ｔ）を「出力抑制電力Δｗ_{直（出力抑制）}（ｔ）」又は「Δｗ_{直（出力抑制）}（ｔ）」ともいう。

上記の定義によれば、
Δｗ_直（ｔ）＝ｗ_直２（ｔ）−ｗ_直１（ｔ）＝Δｗ_{直（過剰）}（ｔ）＋Δｗ_{直（過積載）}（ｔ）
であり、
Δｗ_{直（過積載）}（ｔ）≧Δｗ_{直（出力抑制）}（ｔ）
である。

ステップ１〜４をコンピュータに実行させて得られる未変換直流電力の予測値Δｗ_直（ｔ）は以下のように活用できる。

装置Ｔ_直、装置Ｔ_交及び蓄電装置を、Δｗ_直（ｔ）等、さらにはΔｗ_直（ｔ）から算出できるにΔｗ_{直（過剰）}（ｔ）、Δｗ_{直（過積載）}（ｔ）等に基づいて設計することができる。

（１）Δｗ_直（ｔ）を全て売電するために必要な蓄電装置の容量を設計でき、当該容量を実現するための蓄電装置の仕様を設計できる。

（２）Δｗ_直（ｔ）を０に近い値とするための太陽電池モジュール（装置Ｔ_直）の適切な規模を設計して、過剰な設備投資をしないようにすることができる。

（３）出力抑制が解除されたり、電力の需要予測が変化したりした場合に、インバータ（装置Ｔ_交）を適切な変換能力に変更することができる。

このように、Δｗ_直（ｔ）に基づいて設計された装置Ｔ_直、装置Ｔ_交及び蓄電装置を使用して、本発明１の電力供給方法を実施すると、未変換直流電力を無駄なく需要者のために供給することができる。

本発明１〜３に対して、以下の情報を収集・加工・利用できる：

〔Ａ〕太陽電池モジュール設置拠点の近域の、衛星写真、アメダス、ＮＥＤＯ等を利用した気象情報及び地形情報；
〔Ｂ〕電力会社からの出力抑制ついての（Ｂ１）所定期間（好ましくは１月〜５年、より好ましくは３月〜３年、更に好ましくは６月〜２年、１年〜１．５年）の設定値（Ｂ２）又は所定時間単位（好ましくは５分〜２時間、より好ましくは１０分〜１時間、更に好ましくは１５〜４５分単位の最新設定値の出力抑制スケジュール情報；
〔Ｃ〕インバータメーカーのＭｏｄｂｕｓフォーマット仕様のフィールドのデータに基づき、例えばインバータとＲＳ４８５（ＴＣＰ／ＩＰ）ケーブル接続等により収集できる、インバータのΔｗ_{直（過剰）}（ｔ）及びΔｗ_{直（過積載）}（ｔ）の出力実績、メンテナンス・故障等による設備停止状況等の稼働状況情報；
〔Ｄ〕太陽電池モジュールメーカーの単結晶、多結晶、その他の仕様にて段階的、現時点の経年劣化情報。

〔本発明３〕
本発明３は、装置Ｔ_直、装置Ｔ_交及び蓄電装置を備え、少なくとも蓄電装置がΔｗ_直（ｔ）に基づいて設計されている電力供給装置である。

〔本発明１〜３を利用する分散型エネルギー発電制御システム〕
本発明１〜３に基づけば、複数の電力供給者が使用する電力供給方法及び設備（以下「発電所」）又は電力供給者が使用する複数の発電所（以上をめとめて「発電所網」ともいう）による電力供給をシステマチックに一括管理することが、例えば、ネット上に存在する大規模容量の情報管理システム（クラウド）によるコンピューティング及び発電所網で共有する情報管理システム（エッジ）によるエッジ・コンピューティングを組合せて、迅速・低コストで可能となる。

例えば、本発明１〜３に基づけば、図８の模式図に示すような以下の分散型エネルギー発電制御システムを可能となる。

発電所毎の装置Ｔ_直、装置Ｔ_交及び蓄電装置並びにこれらに必要なその他の装置（太陽光発電では、太陽電池モジュール（装置Ｔ_直）、インバータ（装置Ｔ_交）、受電装置（集電箱、接続箱）、蓄電池（蓄電装置）等の仕様（変換能力、発電・蓄電容量）、メンテナンス・故障等による設備停止状況等の稼働状況のエッジ側情報をエッジ側のサーバで管理して、
クラウド側で保存・管理・分析される気象情報、地形情報及び出力抑制スケジュール等のクラウド側情報を、クラウド側のＡＩ等の高性能情報処理装置による情報処理をエッジ側情報に特化して適用・計算して、
e（ｔ）、Δｗ_直（ｔ）、Δｗ_{直（過剰）}（ｔ）及びΔｗ_{直（過積載）}（ｔ）等の電力供給情報を、発電所網全体又は発電所毎に、エッジ側のパソコン、モバイル等のブラウザーにすること、
出力・表示された電力供給情報に基づきエッジ側の管理者又は電力供給情報に基づきエッジ側の管理ソフトが発電所網の運用状況を判断して、エッジ側の発電所網管理システムを作動させて電力供給量や蓄電・放電量の自動調整、電力供給トラブル警報等を行う（システム全体の一元的管理の観点から、好ましくは遠隔操作する）こと等が可能である。

Claims (5)

1. 分散型エネルギーを直流電力に変換する装置Ｔ_直、前記直流電力を交流電力に変換する装置Ｔ_交及び蓄電装置を使用する電力供給方法であって、
   前記装置Ｔ_直で変換された直流電力中、前記装置Ｔ_交で交流電力に変換できなかった未変換直流電力を前記蓄電装置に蓄電する工程を有し、
   前記未変換直流電力が、前記装置Ｔ_直によって前記装置Ｔ_交の変換能力を超えて変換された直流電力を含む電力供給方法。
2. 前記装置Ｔ_交の変換能力が出力抑制するように制御されていない場合の交換能力である場合に、前記未変換直流電力が当該交換能力を超えて変換された直流電力を含む請求項１記載の電力供給方法。
3. 請求項１又は２記載の未変換直流電力を予測するための情報処理プログラムであって、
   コンピュータに、
   時刻ｔにおける、請求項１又は２記載の装置Ｔ_直に供給される分散型エネルギー供給量ｅ（ｔ）を入力するステップ１、
   前記ｅ（ｔ）に基づき、時刻ｔにおける、
   請求項１又は２記載の装置Ｔ_交で生じる予測交流電力ｗ_交１（ｔ）、及び、
   前記ｗ_交１（ｔ）を生じるのに必要な前記装置Ｔ_直で生じる予測直流電力ｗ_直１（ｔ）を算出するステップ２、
   時刻ｔにおいて装置Ｔ_直で生じた直流電力ｗ_直２（ｔ）を入力ステップ３、
   並びに、
   ｗ_直２（ｔ）−ｗ_直１（ｔ）の算出値Δｗ_直（ｔ）を未変換直流電力の予測値として入力するステップ４を実行させる情報処理プログラム。
4. 前記装置Ｔ_直から前記装置Ｔ_交への直流電力の供給量及び前記未変換直流電力の前記蓄電装置への供給量を、請求項３記載のΔｗ_直（ｔ）に基づいて設計する工程を含む請求項１又は２記載の電力供給方法。
5. 請求項１又は２記載の装置Ｔ_直、装置Ｔ_交及び蓄電装置を備え、
   前記装置Ｔ_直、前記装置Ｔ_交及び前記蓄電装置が、請求項４記載の工程における設計による電力供給装置。