JP2021166418A - 電力制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】配電網の電圧を所定範囲内に制御可能な電力制御システムを提供すること。
【解決手段】本発明に係る電力制御システムは、配電網に接続されている複数の車両の蓄電池の充放電動作を制御することによって配電網内における電力の需給バランスを制御する電力制御システムであって、所定期間内における配電網の電力の需給計画と、所定期間内における車両の状態を示す車両情報とを用いて、所定期間内における蓄電池の充放電動作の計画を作成し、蓄電池の充放電動作の計画を用いて、配電網の電圧が所定範囲内にない時間及び地点を抽出し、配電網の電圧が所定範囲内に収まるように、抽出された時間及び地点に無効電力を注入する無効電力制御計画を作成し、作成された無効電力制御計画に従って無効電力を制御する制御手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力制御システムに関する。
特許文献１には、分散型電源の発電電力を電力系統に逆潮流させることが可能なシステムにおいて、電力系統の電圧に応じて分散型電源を制御することによって電力系統の電圧が上限電圧を上回る電圧逸脱状態が発生することを抑制する技術が記載されている。
特開２０１７−５９１２号公報
特許文献１に記載の技術は、分散型電源として太陽光発電装置等の電力系統内における位置が固定された電源を想定している。このため、分散型電源として電力系統内を移動可能な蓄電池を利用するシステムに特許文献１に記載の技術を適用した場合、電力系統内における蓄電池の位置や充放電状態が時々刻々変化するために、電圧逸脱状態が発生し、電力系統の電圧が不安定になる可能性がある。なお、電力系統内を移動可能な蓄電池としては、電気自動車等の車両に搭載されているバッテリを例示することができる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配電網の電圧を所定範囲内に制御可能な電力制御システムを提供することを目的とする。
本発明に係る電力制御システムは、配電網に接続されている複数の車両の蓄電池の充放電動作を制御することによって配電網内における電力の需給バランスを制御する電力制御システムであって、所定期間内における配電網の電力の需給計画と、所定期間内における車両の状態を示す車両情報とを用いて、所定期間内における蓄電池の充放電動作の計画を作成し、蓄電池の充放電動作の計画を用いて、配電網の電圧が所定範囲内にない時間及び地点を抽出し、配電網の電圧が所定範囲内に収まるように、抽出された時間及び地点に無効電力を注入する無効電力制御計画を作成し、作成された無効電力制御計画に従って無効電力を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
このような電力制御システムによれば、蓄電池の充放電動作の計画を用いて配電網の電圧が所定範囲内にない時間及び地点を抽出し、配電網の電圧が所定範囲内に収まるように抽出された時間及び地点に無効電力を注入する無効電力制御計画を作成し、作成された無効電力制御計画に従って無効電力を制御するので、配電網の電圧を所定範囲内に制御することができる。
なお、制御手段は、蓄電池の充放電動作の計画及び無効電力制御計画を曜日単位で作成するとよい。このような構成によれば、曜日毎の車両の状態を反映させた計画を作成し、配電網の電圧をより所定範囲内に制御することができる。
また、車両情報には、前記所定期間内における前記車両の台数及び場所、前記蓄電池の状態に関する情報が含まれているとよい。このような構成によれば、車両の状態をより反映させた計画を作成し、配電網の電圧をより所定範囲内に制御することができる。
また、制御手段は、無効電力量が不足する地点がある場合、他の地点の無効電力量を無効電力量の不足分だけ増加させるとよい。このような構成によれば、配電網の電圧をより所定範囲内に制御することができる。
また、制御手段は、車両が接続されている充電スタンドの無効電力量を制御するとよい。このような構成によれば、配電網の電圧をより所定範囲内に制御することができる。
本発明に係る電力制御システムによれば、蓄電池の充放電動作の計画を用いて配電網の電圧が所定範囲内にない時間及び地点を抽出し、配電網の電圧が所定範囲内に収まるように抽出された時間及び地点に無効電力を注入する無効電力制御計画を作成し、作成された無効電力制御計画に従って無効電力を制御するので、配電網の電圧を所定範囲内に制御することができる。
図１は、本発明の一実施形態である電力制御システムが適用されるバーチャルパワープラントの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態である電力制御システムの構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態である電力制御処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、電気自動車のバッテリの充放電計画の一例を示す図である。 図５は、無効電力制御計画の作成処理を説明するための図である。 図６は、無効電力制御計画の作成処理を説明するための図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である電力制御システムについて詳細に説明する。
〔バーチャルパワープラントの構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である電力制御システムが適用されるバーチャルパワープラント（ＶＰＰ）の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である電力制御システムが適用されるバーチャルパワープラントの構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である電力制御システムが適用されるバーチャルパワープラント１は、発電所２、配電変電所３、柱上変圧器４、需要施設５、及び需要家施設６を備えている。
発電所２は、水力発電所、火力発電所、原子力発電所等の周知の発電所により構成され、送電線を介して配電変電所３に接続されている。発電所２は、送電線を介して発電電力を配電変電所３に供給する。なお、発電所２と配電変電所３との間に超高圧変電所や中間変電所が配置されていてもよい。
配電変電所３は、発電所２から供給された電力を所定電圧に変電した後、配電線を介して柱上変圧器４や需要施設５に電力を供給する。
柱上変圧器４は、電柱に設置されている配電用変圧器により構成され、配電変電所３から供給された電力を所定電圧に変電した後に需要家施設６に供給する。
需要施設５は、商業施設や産業施設により構成され、配電線を介して配電変電所３から電力の供給を受ける。また、需要施設５には複数の充電スタンド７が設けられており、充電スタンド７に電気自動車８を接続することにより、配電変電所３から供給された電力を利用して電気自動車８のバッテリを充電することができる。
需要家施設６は、需要家が居住する住宅や集合住宅により構成されている。需要家施設６は、配電線を介して柱上変圧器４から電力の供給を受けると共に、配電線を介して送配電事業者や小売電気事業者に余剰電力を売電することができる。また、需要家施設６には太陽光発電設備６ａが配置されており、太陽光発電設備６ａによって発電された電力を利用及び売電することができる。また、需要家施設６には充電スタンド７が設けられている。充電スタンド７に電気自動車８を接続することにより、柱上変圧器４から供給された電力や太陽光発電設備６ａが発電した電力を利用して電気自動車８のバッテリを充電することができると共に、電気自動車８のバッテリの電力を利用及び売電することができる。
このように、本発明の一実施形態である電力制御システムが適用されるバーチャルパワープラント１は、電気自動車８に搭載されているバッテリの充放電動作を制御することによって配電網内の電力の需給バランスを調整可能なシステムである。このようなバーチャルパワープラント１によれば、電気自動車８に搭載されているバッテリの電力を有効活用して発電所２における化石燃料の使用量を減らすことにより、ＣＯ２の発生量を低減すると共に燃料費、設備費、炭素税等の社会的費用を削減することができる。なお、電気自動車８は、ＨＶ（Hybrid Vehicle）やＦＣＥＶ（Fuel Cell Electric Vehicle）等であってもよい。
ところで、このようなバーチャルパワープラント１では、配電網内における電気自動車８の位置や充放電状態が時々刻々変化するために、配電網の電圧が上限電圧を上回る電圧逸脱状態が発生し、配電網の電圧が不安定になる可能性がある。そこで、本発明の一実施形態である電力制御システムは、以下に示す電力制御処理を実行することにより配電網の電圧を所定範囲内に制御する。以下、図２〜図６を参照して、本発明の一実施形態である電力制御システムの構成及び動作について説明する。
〔電力制御システムの構成〕
まず、図２を参照して、本発明の一実施形態である電力制御システムの構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態である電力制御システムの構成を示すブロック図である。図２に示すように、本発明の一実施形態である電力制御システム１０は、車両情報データベース（車両情報ＤＢ）１１、系統情報データベース（系統情報ＤＢ）１２、無効電力供給情報データベース（無効電力供給情報ＤＢ）１３、及び情報処理装置１４を主な構成要素として備えている。
車両情報ＤＢ１１は、制御期間内においてバーチャルパワープラント１の制御対象エリア内に位置する電気自動車８の識別番号、各電気自動車８の年間走行履歴、各電気自動車８のバッテリの状態（容量、ＳＯＣ（State Of Charge）、劣化度等）、各電気自動車８の行動予定情報（時間毎の位置情報（通勤、在宅等）及び充電スタンド７への接続の有無）、制御対象エリア内に位置する充電スタンド７の上限充放電レート、及び各電気自動車８のバッテリの上下限ＳＯＣに関する情報を車両情報として格納している。なお、車両情報は、電気自動車８を所有する需要家から提供される情報である。
系統情報ＤＢ１２は、バーチャルパワープラント１の制御対象エリアにおける電力の需給計画、制御対象エリアの配電網の構成及び諸元に関する情報を系統情報として格納している。制御対象エリアの配電網の構成及び諸元に関する情報には、制御対象エリア内にある発電所２、配電変電所３、柱上変圧器４、需要施設５、需要家施設６、及び充電スタンド７の接続形態や諸元（出力電圧等）に関する情報が含まれている。
無効電力供給情報ＤＢ１３は、制御期間内においてバーチャルパワープラント１の制御対象エリア内で無効電力を供給可能な設備に関する情報を無効電力供給情報として格納している。具体的には、無効電力供給情報には、制御期間内においてバーチャルパワープラント１の制御対象エリア内に位置する電気自動車８の識別番号、各電気自動車８のバッテリの充放電場所及び充放電上限レート、制御対象エリア内に位置する充電スタンド７の設置場所及び充放電レートに関する情報が含まれている。
情報処理装置１４は、ワークステーション等の周知の情報処理装置によって構成され、通信制御部１４１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４３、及びＲＯＭ（Read Only Memory）１４４を備えている。
通信制御部１４１は、インターネット回線等の電気通信回線や電力線を介した情報通信のための通信回路によって構成され、電気通信回線や電力線を介した送配電事業者、小売電気事業者、及び需要家側に設けられた情報処理装置との間の情報通信を制御する。また、通信制御部１４１は、電力線を介して配電網に接続されている各種機器に制御信号を送信することもできる。
ＣＰＵ１４２は、ＲＯＭ１４４内に格納されているコンピュータプログラムや各種制御用データをＲＡＭ１４３内にロードし、ロードされたコンピュータプログラムを実行することにより情報処理装置１４全体の動作を制御する。
ＲＡＭ１４３は、揮発性の記憶装置により構成され、ＣＰＵ１４２のワーキングエリアとして機能する。
ＲＯＭ１４４は、不揮発性の記憶装置により構成され、各種コンピュータプログラム及び各種制御用データを格納している。本実施形態では、ＲＯＭ１４４内には、後述する電力制御処理をＣＰＵ１４２に実行させるための電力制御プログラム１４４ａ及び計画作成プログラム１４４ｂが格納されている。
〔電力制御処理〕
次に、図３を参照して、本発明の一実施形態である電力制御処理を実行する際の情報処理装置１４の動作について説明する。
図３は、本発明の一実施形態である電力制御処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、情報処理装置１４に対して電力制御処理の実行指令が入力されたタイミングで開始となり、電力制御処理はステップＳ１の処理に進む。以下に示す情報処理装置１４の動作は、ＣＰＵ１４２が電力制御プログラム１４４ａを実行することにより実現される。
ステップＳ１の処理では、情報処理装置１４が、車両情報ＤＢ１１から電気自動車８の充放電計画の作成期間（例えば１週間）内における車両情報を取得する。具体的には、情報処理装置１４は、電気自動車８の充放電計画の作成期間内にバーチャルパワープラント１の制御対象エリア内に位置する電気自動車８の識別番号、各電気自動車８の年間走行履歴、各電気自動車８のバッテリの状態、各電気自動車８の行動予定情報、制御対象エリア内に位置する充電スタンド７の上限充放電レート、及び各電気自動車８のバッテリの上下限ＳＯＣに関する情報を車両情報として取得する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ２の処理に進む。
ステップＳ２の処理では、情報処理装置１４が、系統情報ＤＢ１２から電気自動車８の充放電計画の作成期間内における系統情報を取得する。系統情報には、制御対象エリアにおける電力の需給計画、制御対象エリア内にある発電所２、配電変電所３、柱上変圧器４、需要施設５、需要家施設６、及び充電スタンド７の接続形態や諸元に関する情報が含まれている。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ３の処理に進む。
ステップＳ３の処理では、情報処理装置１４が、ステップＳ１の処理において取得した車両情報及びステップＳ２の処理において取得した系統情報を計画作成プログラム１４４ｂに入力することにより、車両情報に含まれている各電気自動車８のバッテリの充放電計画を作成する。ここで、計画作成プログラム１４４ｂは、車両情報及び系統情報を入力変数、各電気自動車８の充放電計画を出力変数とする数理計画問題を規定したコンピュータプログラムである。発電所２の発電コスト、各電気自動車８バッテリの劣化度、ＣＯ２発生量等の各種コストを評価関数として計画作成プログラム１４４ｂを実行することにより、コストに基づいて最適な各電気自動車８のバッテリの充放電計画を作成することができる。このような計画の作成方法は本発明の出願段階で公知であるので詳細な説明は割愛するが、例えば、電力の供給量が需要量を上回る期間では余剰電力量を電気自動車８のバッテリに充電し、電力の供給量が需要量を下回る期間では不足電力量を電気自動車８のバッテリから供給する計画を作成することにより、図４に示すような発電所２の発電コストを最小化する電気自動車８のバッテリの充放電計画を作成することができる。図４に示す電気自動車８のバッテリの充放電計画において、太線Ｌ１は電気自動車８に搭載されているバッテリの計画作成期間内におけるＳＯＣの時間変化を示し、線Ｌ２は電気自動車８の走行挙動を示す。車両情報に含まれているバッテリの上下限ＳＯＣの範囲内においてバッテリの充放電計画が作成されている。また、バッテリの充放電動作の計画を曜日単位で作成することにより、曜日毎の電気自動車８の挙動を反映させたバッテリの充放電計画を作成することができる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ４の処理に進む。
ステップＳ４の処理では、情報処理装置１４が、無効電力供給情報ＤＢ１３から無効電力供給情報を取得する。具体的には、情報処理装置１４は、制御対象エリア内に位置する充電スタンド７の設置場所及び充放電レートに関する情報を無効電力供給情報として取得する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ５の処理に進む。
ステップＳ５の処理では、情報処理装置１４は、電気自動車８のバッテリの充放電計画の作成期間内における無効電力制御計画を作成する。具体的には、ステップＳ３の処理において図５（ａ）に示すような電気自動車毎のバッテリの充放電計画が作成された場合、まず、情報処理装置１４は、図５（ａ）に示す電気自動車毎のバッテリの充放電計画と図５（ｂ）に示す電力の需給計画とを用いて、図５（ｃ）に示すような各電気自動車８が配電網に接続されているノード（地点）における電圧の推移を算出する。次に、情報処理装置１４は、図５（ｃ）に示すノード毎の電圧の推移を用いて、ノードの電圧が図中線Ｌ３で示す基準電圧を中心とした所定範囲内にない期間をノード毎に抽出する。
そして、情報処理装置１４は、抽出された各期間において、充電スタンド７から無効電力を注入することによってノードの電圧が所定範囲内に入るように、図６（ａ）に示すような充電スタンド７からの無効電力の注入計画を無効電力制御計画として作成する。具体的には、充電スタンド７の電圧変化量ΔＶ、抵抗Ｒ、有効電力量Ｐ、リアクタンスＸ、及び無効電力量Ｑの間には以下の数式（１）に示す関係がある。そこで、情報処理装置１４は、ノードの電圧と基準電圧との差に応じて、数式（１）に従って無効電力量Ｑを変化させて充電スタンド７の電圧を調整することにより、ノードの電圧を所定範囲内に制御する。
Figure 2021166418
図６（ａ）に示す無効電力制御計画をノード毎に適用することにより、図５（ｃ）に示す各ノードの電圧の推移は図６（ｂ）に示すように変化し、各ノードの電圧を所定範囲内に収めることができる。なお、充電スタンド７の出力制約内で無効電力量が不足するノードでは、充放電動作の有効電力量を制限する又は他のノードの無効電力量を増加させることが望ましい。但し、充放電動作の有効電力量は可能な限り制限したくないので、他のノードの無効電力量を増加させることが望ましい。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、電力制御処理はステップＳ６の処理に進む。
ステップＳ６の処理では、情報処理装置１４が、通信制御部１４１を介して充電スタンド７に制御信号を送信することにより、ステップＳ５の処理において作成された無効電力制御計画に従って充電スタンド７からの無効電力の注入動作を制御する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、一連の電力制御処理は終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である電力制御システムは、電気自動車８のバッテリの充放電動作の計画を用いて配電網の電圧が所定範囲内にない時間及び地点を抽出し、配電網の電圧が所定範囲内に収まるように抽出された時間及び地点に無効電力を注入する無効電力制御計画を作成し、作成された無効電力制御計画に従って無効電力を制御するので、配電網の電圧を所定範囲内に制御することができる。
また、本発明の一実施形態である電力制御システムは、電気自動車８のバッテリの充放電動作の計画及び無効電力制御計画を曜日単位で作成するので、曜日毎の電気自動車８の挙動を反映させた計画を作成し、配電網の電圧をより所定範囲内に制御することができる。
また、車両情報には、所定期間内における車両の台数及び場所、バッテリの状態に関する情報が含まれているので、車両の状態をより反映させた計画を作成し、配電網の電圧をより所定範囲内に制御することができる。
また、無効電力量が不足する地点がある場合、他の地点の無効電力量を無効電力量の不足分だけ増加させるので、配電網の電圧をより所定範囲内に制御することができる。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
１ バーチャルパワープラント
２ 発電所
３ 配電変電所
４ 柱上変圧器
５ 需要施設
６ 需要家施設
７ 充電スタンド
８ 電気自動車
１０ 電力制御システム
１１ 車両情報データベース（車両情報ＤＢ）
１２ 系統情報データベース（系統情報ＤＢ）
１３ 無効電力供給情報データベース（無効電力供給情報ＤＢ）
１４ 情報処理装置
１４１ 通信制御部
１４２ ＣＰＵ（Central Processing Unit）
１４３ ＲＡＭ（Random Access Memory）
１４４ ＲＯＭ（Read Only Memory）
１４４ａ 電力制御プログラム
１４４ｂ 計画作成プログラム

Claims (5)

  1. 配電網に接続されている複数の車両の蓄電池の充放電動作を制御することによって配電網内における電力の需給バランスを制御する電力制御システムであって、
    所定期間内における前記配電網の電力の需給計画と、前記所定期間内における前記車両の状態を示す車両情報とを用いて、前記所定期間内における前記蓄電池の充放電動作の計画を作成し、
    前記蓄電池の充放電動作の計画を用いて、前記配電網の電圧が所定範囲内にない時間及び地点を抽出し、
    前記配電網の電圧が所定範囲内に収まるように、抽出された時間及び地点に無効電力を注入する無効電力制御計画を作成し、
    作成された無効電力制御計画に従って無効電力を制御する制御手段を備える
    ことを特徴とする電力制御システム。
  2. 前記制御手段は、前記蓄電池の充放電動作の計画及び前記無効電力制御計画を曜日単位で作成することを特徴とする請求項１に記載の電力制御システム。
  3. 前記車両情報には、前記所定期間内における前記車両の台数及び場所、前記蓄電池の状態に関する情報が含まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力制御システム。
  4. 前記制御手段は、無効電力量が不足する地点がある場合、他の地点の無効電力量を無効電力量の不足分だけ増加させることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の電力制御システム。
  5. 前記制御手段は、前記車両が接続されている充電スタンドの無効電力量を制御することを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の電力制御システム。
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