JP2020150726A - 電力需給管理装置、電力需給管理システム、及び電力需給管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インバランス発生によるペナルティを回避することができる電力需給管理装置、電力需給管理システム及び電力需給管理方法を提供する。【解決手段】電力需給管理システム１において、電力需給管理装置２０は、入札した電力量と、現在の電力値及び入札単位時間後の予測電力値とに基づいて、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出するインバランス量算出部２４と、インバランス量算出部で算出されたインバランス量を零にするために必要な制御量を算出する制御量算出部２６と、制御量算出部で算出された制御量を機器に伝達する制御部２７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力需給管理装置、電力需給管理システム、及び電力需給管理方法に関する。

電力は貯蔵することが困難であるから、電力の需要と供給とのバランスを常に一致させる同時同量を達成する必要がある。例えば、一般電気事業者は数秒単位で同時同量を達成する必要があり、新電力事業者は３０分単位で同時同量を達成する必要がある。新電力事業者が同時同量を達成することができなかった場合（計画値と実績値との差＝インバランスが発生した場合）には、３０分単位毎の電力の需要と供給との差分を調整するインバランス調整が行われる。

具体的には、新電力事業者による発電量が不足した場合には、新電力事業者が一般電気事業者から不足分の電力を買い取ることで、電力の需要と供給との差分が調整される。これに対し、新電力事業者による発電量が余った場合には、一般電気事業者が新電力事業者から余剰分を買い取ることで、電力の需要と供給との差分が調整される。

以下の特許文献１には、従来の電力管理装置の一例が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、電力の供給側及び需要家側の双方の要請に好適に対応できるように蓄電池の電力を制御する電力管理装置が開示されている。

国際公開第２０１６／１３６２６０号

ところで、上述したインバランス調整を行うために必要となる料金（インバランス料金)は、電力の需要と供給との差分が３％以内であれば比較的安価であるが、電力の需要と供給との差分が３％を超えてしまうと、超えない場合に比べて高価になる。つまり、電力の需要と供給との差分が３％を超えてしまうと、所謂ペナルティを支払う必要が生ずる。このようなペナルティは、収支を悪化させる要因になることから、極力回避する必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、インバランス発生によるペナルティを回避することができる電力需給管理装置、電力需給管理システム、及び電力需給管理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による電力需給管理装置（２０）は、入札した電力量と、現在の電力値及び入札単位時間後の予測電力値とに基づいて、前記入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する第１演算部（２４）と、前記第１演算部で算出された前記インバランス量を零にするために必要な制御量を算出する第２演算部（２６）と、前記第２演算部で算出された前記制御量を機器（１１、１２）に伝達する制御部（２７）と、を備える。

また、本発明の一態様による電力需給管理装置は、前記第１演算部が、前記予測電力値が無い場合には、前記入札した電力量から、前記現在の電力値に前記入札単位時間を掛けて得られる電力量を減算することによって、前記インバランス量を求める。

また、本発明の一態様による電力需給管理装置は、前記機器が、蓄電池（１１）及び負荷（１２）を含み、前記蓄電池で充放電可能な電力量と前記負荷で消費可能な電力量とに基づいて、制御可能な電力量を算出する第３演算部（２５）を更に備えており、前記第２演算部が、前記第３演算部で算出された前記電力量を考慮して前記制御量を算出する。

また、本発明の一態様による電力需給管理装置は、前記第２演算部が、前記制御量を算出する場合に、前記蓄電池に対する制御量を、前記負荷に対する制御量に優先して算出する。

本発明の一態様による電力需給管理システムは、上記の何れかに記載の電力需給管理装置（２０）と、前記電力需給管理装置から伝達される前記制御量によって制御される機器（１１、１２）と、を備える。

また、本発明の一態様による電力需給管理システム（１）は、前記機器が、前記制御量によって充放電される電力量が制御される蓄電池（１１）と、前記制御量によって消費される電力量が制御される負荷（１２）と、を含む。

本発明の一態様による電力需給管理方法は、入札した電力量と、現在の電力値及び入札単位時間後の予測電力値とに基づいて、前記入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する第１ステップ（Ｓ１１）と、前記第１ステップで算出された前記インバランス量を零にするために必要な制御量を算出する第２ステップ（Ｓ１３）と、前記第２ステップで算出された前記制御量を機器に伝達する第３ステップ（Ｓ１４）と、を有する。

本発明によれば、インバランス発生によるペナルティを回避することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による電力需給管理システムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態におけるインバランス量の算出方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電力需給管理方法の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による電力需給管理装置、電力需給管理システム、及び電力需給管理方法について詳細に説明する。

〈電力需給管理システム〉
図１は、本発明の一実施形態による電力需給管理システムの要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の電力需給管理システム１は、エネルギーマネジメントシステム１０及び電力需給管理装置２０を備えており、例えば、新電力事業者においてインバランスが発生しないように電力の需要及び供給（電力の需給）を管理するシステムである。

エネルギーマネジメントシステム１０と電力需給管理装置２０とは、ネットワークＮを介して通信可能に接続されている。ネットワークＮは、インターネット等のワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）であっても良く、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）であっても良い。また、ネットワークＮを介した通信は、有線通信であっても良く、無線通信であっても良い。即ち、エネルギーマネジメントシステム１０と電力需給管理装置２０との間の通信形態は、特に制限されることはなく、任意の通信形態を採用することができる。

エネルギーマネジメントシステム１０は、電力の需要家である施設ＦＣにおいて使用される電力の管理を行う。エネルギーマネジメントシステム１０は、施設ＦＣに設置された蓄電池１１、負荷１２、及びスマートメータ１３と通信可能に接続されており、蓄電池１１の充電状態（ＳＯＣ）の管理及び制御、負荷１２の負荷状態の管理及び制御、並びにスマートメータ１３を用いた施設ＦＣにおける電力使用量の可視化等を行う。

具体的に、エネルギーマネジメントシステム１０は、蓄電池１１の充電状態を参照しつつ、蓄電池１１の充放電制御を行う。エネルギーマネジメントシステム１０は、電力需給管理装置２０から制御信号が出力された場合には、その制御信号に基づいて蓄電池１１の充放電制御を行う。尚、蓄電池１１は、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、その他の二次電池、或いはキャパシタを用いることができる。

エネルギーマネジメントシステム１０は、電力需給管理装置２０から出力される制御信号に基づいて負荷１２の制御を行う。例えば、負荷１２が照明やエアコンである場合には、エネルギーマネジメントシステム１０は、電力需給管理装置２０から出力される制御信号に基づいて、照明を点灯、消灯、又は調光させ、エアコンを動作、停止、又は出力調整させる。尚、負荷１２は、照明やエアコンに限られず、施設ＦＣに設けられる任意の電気設備であって良い。

エネルギーマネジメントシステム１０は、電力需給管理装置２０と通信を行って、スマートメータ１３の測定結果（施設ＦＣにおけるリアルタイムの電力の計測値）を電力需給管理装置２０に送信する。尚、施設ＦＣにエネルギーマネジメントシステム１０がなく、スマートメータ１３のみの場合は、スマートメータ１３から直接電力受給管理装置２０に計測値が送信される。

施設ＦＣは、例えば、市庁舎、市民会館、病院、学校、市内公共施設等の公共施設である。但し、施設ＦＣは、公共施設に限られる訳ではなく、ビル、工場、その他の任意の施設であって良い。尚、上記の公共施設で使用されるエネルギーマネジメントシステム１０は、ＣＥＭＳ（Community Energy Management System）と呼ばれるコミュニティ単位のエネルギーマネジメントシステムということができる。尚、施設ＦＣには、蓄電池１１及び負荷１２の双方が設けられている必要は必ずしもなく、蓄電池１１及び負荷１２の何れか一方のみが設けられていても良い。また、施設ＦＣによっては、蓄電池１１及び負荷１２が無く、スマートメータ１３のみの場合もあるが、その場合は他の施設ＦＣと併せてインバランスを回避できるように制御する。

〈電力需給管理装置〉
電力需給管理装置２０は、電力需給管理システム１の核をなす装置であり、例えば、新電力事業者においてインバランスが発生しないように電力の需要及び供給を管理する。電力需給管理装置２０は、通信部２１、入力部２２、電力値予測部２３、インバランス量算出部２４（第１演算部）、制御可能量演算部２５（第３演算部）、制御量算出部２６（第２演算部）、及び制御部２７を備える。

通信部２１は、ネットワークＮに接続されており、ネットワークＮを介してエネルギーマネジメントシステム１０との間で通信を行う。入力部２２は、日本卸電力取引所（ＪＥＰＸ：Japan Electric Power Exchange）に対して行った取引を示す情報（入札情報）を入力する。入力部２２は、例えばキーボード等のようなユーザの操作に応じた入札情報を入力するものであっても良く、アグリゲータ又は小売電気事業者との間で通信を行うことで入札情報を入力するものであっても良い。

電力値予測部２３は、エネルギーマネジメントシステム１０からネットワークＮを介して送信される情報を用いて、入札単位時間（例えば、３０分）後に施設ＦＣで使用されると予測される電力値（予測電力値）を求める。電力値予測部２３で予測電力値を予測する方法としては、任意の方法を用いることができる。電力値予測部２３は、例えば、施設ＦＣにおける電力使用量の変化率（傾き）に基づいて予測電力値を求めても良く、ディープラーニング等の機械学習を用いて予測電力値を求めても良い。

インバランス量算出部２４は、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する。具体的に、インバランス量算出部２４は、入力部２２から入力された入札情報と、現在の電力値（施設ＦＣで現在使用されている電力値）及び電力値予測部２３で予測された予測電力値（入札単位時間後に施設ＦＣで使用されると予測される電力値）とに基づいて、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する。尚、現在の電力値は、エネルギーマネジメントシステム１０から、又はスマートメータ１３から直接、ネットワークＮを介して送信される情報を用いて求めることができる。

図２は、本発明の一実施形態におけるインバランス量の算出方法を説明するための図である。尚、図２に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に電力値［ｋＷ］又は電力量［ｋＷｈ］をとってある。図２において、符号Ｅ１を付した曲線は、入札電力量の経時変化を示す。入札電力量Ｅ１は、入札単位時間ΔＴ（例えば、３０分）毎に設定することができるため、図２に示す通り、階段状に変化するものとなる。

図２（ａ）に示す通り、現在（時刻ｔ０）の電力値をＰ１とし、電力値予測部２３で予測された予測電力値（時刻ｔ１における予測電力値）をＰ２とする。インバランス量算出部２４は、例えば以下の（１）式に示す演算を行って、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を求める。
Ｅ１−（Ｐ１＋Ｐ２）×ΔＴ／２ …（１）

つまり、インバランス量算出部２４は、図２（ａ）中の符号Ｅ１が付された曲線で示される時刻ｔ０〜ｔ１の間における電力量から、図２（ａ）中の符号Ｒ１が付された領域の面積で示される電力量を減算することによって、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する。尚、算出されたインバランス量は、図２（ａ）中の符号Ｒ２が付された領域の面積で示される電力量である。

ここで、インバランス量算出部２４は、電力値予測部２３で予測された予測電力値が無い場合には、例えば以下の（２）式に示す演算を行い、入札した電力量から、現在の電力値に入札単位時間を掛けて得られる電力量を減算することによって、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を求める。尚、予測電力値が無い場合とは、インバランス量算出部２４が電力値予測部２３から予測電力値を取得できない場合、または電力値予測部２３が予想電力値を算出できない場合等をいう。
Ｅ１−Ｐ１×ΔＴ …（２）

つまり、インバランス量算出部２４は、図２（ｂ）中の符号Ｅ１が付された曲線で示される時刻ｔ０〜ｔ１の間における電力量から、図２（ｂ）中の符号Ｒ３が付された領域の面積で示される電力量を減算することによって、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する。尚、算出されたインバランス量は、図２（ｂ）中の符号Ｒ４が付された領域の面積で示される電力量である。

制御可能量演算部２５は、施設ＦＣに設置された蓄電池１１で充放電可能な電力量と負荷１２で消費可能な電力量とに基づいて、制御可能な電力量を算出する。制御可能量演算部２５は、エネルギーマネジメントシステム１０から送信されてくる蓄電池１１の充電状態の管理情報に基づいて、施設ＦＣに設置された蓄電池１１で充放電可能な電力量を求める。また、制御可能量演算部２５は、エネルギーマネジメントシステム１０から送信されてくる負荷１２の負荷状態の管理情報に基づいて、施設ＦＣに設置された負荷１２で消費可能な電力量を求める。そして、求めた蓄電池１１で充放電可能な電力量と負荷１２で消費可能な電力量とに基づいて、制御可能な電力量を算出する。

制御量算出部２６は、インバランス量算出部２４で算出されたインバランス量を零にするために必要な制御量を算出する。例えば、制御量算出部２６は、図２（ａ）中の符号Ｒ２が付された領域の面積で示される電力量、又は、図２（ｂ）中の符号Ｒ４が付された領域の面積で示される電力量を零にするために必要な制御量を算出する。ここで、制御量算出部２６は、制御可能量演算部２５で算出された制御可能な電力量を考慮し、その制御可能な電力量の範囲内でインバランス量を零にするために必要な制御量を算出する。

また、制御量算出部２６は、インバランス量を零にするために必要な制御量を算出する際に、蓄電池１１に対する制御量を、負荷１２に対する制御量に優先して算出する。これは、蓄電池１１は、電力の充電及び放電の双方が可能であり、例えば、電力の需要が電力の供給を下回るインバランスが発生した場合には、余剰電力を充電することでエネルギーの有効活用を図ることができるからである。尚、蓄電池１１で賄いきれない余剰電力は、制御可能な負荷１２で案分されて消費される。

制御部２７は、制御量算出部２６で算出された制御量を、ネットワークＮを介してエネルギーマネジメントシステム１０に送信する。制御部２７からエネルギーマネジメントシステム１０に送信された制御量は、エネルギーマネジメントシステム１０によって蓄電池１１及び負荷１２に伝達される。これにより、蓄電池１１及び負荷１２は、制御部２７から伝達された制御量に応じて制御される。

〈電力需給管理方法〉
図３は、本発明の一実施形態による電力需給管理方法の一例を示すフローチャートである。尚、図３に示すフローチャートの処理は、例えば入札単位時間が経過する度に電力需給管理装置２０で繰り返し行われる。尚、入札単位時間が３０分である場合には、図３に示すフローチャートの処理は、１日に４８回行われる。

図３に示すフローチャートの処理が開始されると、まず、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する処理が、インバランス量算出部２４で行われる（ステップＳ１１：第１ステップ）。具体的には、入力部２２から入力された入札情報と、施設ＦＣで現在使用されている電力値及び電力値予測部２３で予測された予測電力値とに基づいて、入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する処理が、インバランス量算出部２４で行われる（ステップＳ１１）。例えば、図２（ａ）中の符号Ｒ２が付された領域の面積で示される電力量、又は、図２（ｂ）中の符号Ｒ４が付された領域の面積で示される電力量を算出する処理が行われる。

次に、施設ＦＣに設置された蓄電池１１及び負荷１２で制御可能な電力量を算出する処理が、制御可能量演算部２５で行われる（ステップＳ１２）。次いで、ステップＳ１２で算出された制御可能な電力量の範囲内で、ステップＳ１１で算出されたインバランス量を零にするために必要な制御量を算出する処理が、制御量算出部２６で行われる（ステップＳ１３：第２ステップ）。例えば、図２（ａ）中の符号Ｒ２が付された領域の面積で示される電力量、又は、図２（ｂ）中の符号Ｒ４が付された領域の面積で示される電力量を零にするために必要な制御量を算出する処理が行われる。

以上の処理が終了すると、制御量算出部２６で算出された制御量を、ネットワークＮを介してエネルギーマネジメントシステム１０に送信する処理が、制御部２７によって行われる（ステップＳ１４：第３ステップ）。この処理が行われると、制御部２７からエネルギーマネジメントシステム１０に送信された制御量が、エネルギーマネジメントシステム１０によって蓄電池１１及び負荷１２に伝達される。これにより、蓄電池１１及び負荷１２は、制御部２７から伝達された制御量に応じて制御される。

例えば、インバランス量算出部２４によって算出されたインバランス量が、電力の需要が電力の供給を下回るものだった場合には、余剰電力を蓄電池１１に充電し、負荷１２で消費させる制御が行われる。これに対し、例えば、インバランス量算出部２４によって算出されたインバランス量が、電力の需要が電力の供給を上回るものだった場合には、蓄電池１１に蓄えられた電力を放電させる制御が行われる。このような制御が行われることで、インバランスの発生が防止され、インバランス発生によるペナルティを回避することができる。

尚、本実施家形態において、インバランスの発生を完全に防止することはできず、インバランスが発生することもあり得る。例えば、制御量算出部２６で算出されたインバランス量を零にするために必要な制御量が、制御可能量演算部２５で算出された制御可能な電力量を超える場合には、インバランス量を零にすることはできず、インバランスが発生し得る。このような場合には、ペナルティの支払が必要になることもあるが、従来に比べるとインバランス発生によるペナルティを十分に回避することができる。

以上の通り、本実施形態では、入札電力量Ｅ１と、現在の電力値Ｐ１及び入札単位時間ΔＴ後の予測電力値Ｐ２とに基づいて、入札単位時間ΔＴ内に発生し得るインバランス量をインバランス量算出部２４で算出している。また、インバランス量算出部２４で算出されたインバランス量を零にするために必要な制御量を制御量算出部２６で算出している。そして、制御量算出部２６で算出された制御量を制御部２７が機器（蓄電池１１及び負荷１２）に伝達するようにしている。

これにより、インバランスの発生が防止され、インバランス発生によるペナルティを回避することができる。また、本実施形態では、インバランスの発生が防止されることから、電力が計画通りに消費され、電力変動が少なくなる。その結果として、電力系統の安定化を図ることもできる。

以上、本発明の一実施形態による電力需給管理装置、電力需給管理システム、及び電力需給管理方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態で説明した電力需給管理システムは、新電力事業者においてインバランスが発生しないようにするものであった。しかしながら、例えば、上述した電力需給管理装置を、アグリゲータ又は小売事業者で用いられるエネルギーマネジメントシステムに組み込むようにしても良い。これにより、インバランスの発生によるペナルティの可能性があるアグリゲータ又は小売事業者においてインバランスが発生しないようにすることができる。

１…電力需給管理システム、１１…蓄電池、１２…負荷、２０…電力需給管理装置、２４…インバランス量算出部、２５…制御可能量演算部、２６…制御量算出部、２７…制御部

Claims (7)

1. 入札した電力量と、現在の電力値及び入札単位時間後の予測電力値とに基づいて、前記入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する第１演算部と、
   前記第１演算部で算出された前記インバランス量を零にするために必要な制御量を算出する第２演算部と、
   前記第２演算部で算出された前記制御量を機器に伝達する制御部と、
   を備える電力需給管理装置。
2. 前記第１演算部は、前記予測電力値が無い場合には、前記入札した電力量から、前記現在の電力値に前記入札単位時間を掛けて得られる電力量を減算することによって、前記インバランス量を求める、請求項１記載の電力需給管理装置。
3. 前記機器は、蓄電池及び負荷を含み、
   前記蓄電池で充放電可能な電力量と前記負荷で消費可能な電力量とに基づいて、制御可能な電力量を算出する第３演算部を更に備えており、
   前記第２演算部は、前記第３演算部で算出された前記電力量を考慮して前記制御量を算出する、
   請求項１又は請求項２記載の電力需給管理装置。
4. 前記第２演算部は、前記制御量を算出する場合に、前記蓄電池に対する制御量を、前記負荷に対する制御量に優先して算出する、請求項３記載の電力需給管理装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電力需給管理装置と、
   前記電力需給管理装置から伝達される前記制御量によって制御される機器と、
   を備える電力需給管理システム。
6. 前記機器は、前記制御量によって充放電される電力量が制御される蓄電池と、
   前記制御量によって消費される電力量が制御される負荷と、
   を含む請求項５記載の電力需給管理システム。
7. 入札した電力量と、現在の電力値及び入札単位時間後の予測電力値とに基づいて、前記入札単位時間内に発生し得るインバランス量を算出する第１ステップと、
   前記第１ステップで算出された前記インバランス量を零にするために必要な制御量を算出する第２ステップと、
   前記第２ステップで算出された前記制御量を機器に伝達する第３ステップと、
   を有する電力需給管理方法。

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