JP2021173117A - 電力制御システム及び電力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】駐車施設に駐車された電動車両を利用して送電網の電力バランスを調整することができる、電力制御システム及び電力制御方法を提供する。【解決手段】電力制御システム１は、送電網２に接続された複数の駐車施設３と、送電網２の電圧の周波数Ｆを監視する監視装置４と、監視装置４及び複数の駐車施設３と通信網５を介して通信可能に接続された制御装置６と、を備えている。制御装置６は、送電網２の電圧の周波数Ｆが目標周波数Ｆｔよりも高い場合に、駐車施設３に対して駐車された電動車両８を充電するように指示する充電指令を出力し、送電網２の電圧の周波数Ｆが目標周波数Ｆｔよりも低い場合に、駐車施設３に対して駐車された電動車両８を放電するように指示する放電指令を出力するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電力制御システム及び電力制御方法に関し、特に、電動車両を駐車可能な駐車施設を利用した電力制御システム及び電力制御方法に関する。

近年、電気をエネルギー源とし、電動モータを動力源とする電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）が普及しつつある。また、電動モータの他に内燃機関（エンジン）を動力源として併せ持つハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）も普及しつつある。以下、本明細書において、「電動車両」とは、電気自動車（ＥＶ）及びハイブリッド車（ＨＶ）の両方を含むものとする。

現在の電動車両は、外部電源から充電可能な二次電池（蓄電池）を有し、二次電池から電動モータに電気を供給して駆動させる方式が一般的である。かかる電動車両が普及するにつれ、駐車施設には複数の電動車両が駐車されることとなる。

例えば、特許文献１に記載された発明は、複数の電動車両に各々に内蔵される各々の電池から出力できる電力の総計は、駐車装置を動かすための電力に匹敵することに鑑み、駐車された電動車両から電力を引き出して駐車装置や送電網に供給することが開示されている。

特開２０１３−４２６３４号公報

上述した特許文献１に記載された発明は、各駐車装置に駐車された電動車両からどのように充電された電力を引き出すかに特徴を有するものである。特許文献１に記載された発明では、送電網に接続された上位コントローラを備え、かかるコントローラが送電網の電力の需給バランス等に基づき各種の通信内容を駐車装置に通信する旨が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、送電網の電力の需給バランスをどのように判断するか、その需給バランスに基づいて複数の駐車装置をどのように制御するのか、については開示されていない。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、駐車施設に駐車された電動車両を利用して送電網の電力バランスを調整することができる、電力制御システム及び電力制御方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、送電網に接続された複数の駐車施設と、前記送電網の電圧の周波数を監視する監視装置と、前記複数の駐車施設及び前記監視装置と通信可能に接続された制御装置と、を含み、前記駐車施設の各々は、駐車された電動車両を充電可能な電源と、前記電動車両の充電又は放電を制御する充放電制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数よりも高い場合に、前記駐車施設に対して駐車された前記電動車両を充電するように指示する充電指令を出力し、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数よりも低い場合に、前記駐車施設に対して駐車された前記電動車両を放電するように指示する放電指令を出力するように構成されている、ことを特徴とする電力制御システムが提供される。

前記制御装置は、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数に近付いた場合に、前記電動車両の充電又は放電を終了する終了指令を出力するように構成されていてもよい。

前記充放電制御装置は、充電率が予め設定した数値になった場合に充電又は放電を終了するように構成されていてもよい。

前記充放電制御装置は、駐車された前記電動車両をフル充電しないように構成されていてもよい。

前記制御装置は、前記複数の駐車施設の充電率又は充電容量に基づいて充電又は放電する優先順位を設定するように構成されていてもよい。

また、本発明によれば、送電網の電圧の周波数の変動に基づいて駐車施設に駐車された電動車両を充電又は放電するようにした、ことを特徴とする電力制御方法が提供される。

前記電力制御方法は、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数よりも高い場合に、前記駐車施設に駐車された前記電動車両を充電し、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数よりも低い場合に、前記駐車施設に駐車された前記電動車両を放電するようにしてもよい。

上述した本発明に係る電力制御システム及び電力制御方法によれば、送電網の電圧の周波数の変動に基づいて駐車施設に駐車された電動車両を充電又は放電するようにしたことから、駐車施設に駐車された電動車両を利用して送電網の電力バランスを調整することができる。

本発明の一実施形態に係る電力制御システムを示す全体構成図である。 制御装置の制御フローの一例を示す図である。 制御装置の優先順位設定方法の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図３を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る電力制御システムを示す全体構成図である。図２は、制御装置の制御フローの一例を示す図である。

本発明の一実施形態に係る電力制御システム１は、例えば、図１に示したように、送電網２に接続された複数の駐車施設３と、送電網２の電圧の周波数Ｆを監視する監視装置４と、監視装置４及び複数の駐車施設３と通信網５を介して通信可能に接続された制御装置６と、を備えている。

送電網２は、例えば、交流三相６．６ＫＶの商用電力網である。送電網２は、例えば、周波数５０Ｈｚの電力系統（東日本）又は周波数６０Ｈｚの電力系統（西日本）である。したがって、送電網２が周波数５０Ｈｚの電力系統の場合は電圧の目標周波数は５０Ｈｚであり、送電網２が周波数６０Ｈｚの電力系統の場合は電圧の目標周波数は６０Ｈｚである。また、送電網２には、電力の供給源である発電所７が接続されている。

駐車施設３は、駐車された電動車両８を充電可能な駐車施設である。駐車施設３は、充電可能なものであれば、自走式駐車装置であってもよいし、機械式駐車装置であってもよい。また、駐車施設３は、１台のみを収容可能な家庭用駐車施設であってもよいし、１００台以上を収容可能な大規模駐車施設であってもよい。なお、電動車両８は、例えば、電気自動車（ＥＶ）又はハイブリッド車（ＨＶ）である。

図１に示した実施形態では、説明の便宜上、第一駐車施設３１、第二駐車施設３２、第三駐車施設３３及び第四駐車施設３４の四つの駐車施設３が送電網２に接続されている場合を図示している。なお、送電網２に接続される駐車施設３の台数は、多ければ多い方が好ましく、理想的には数十万台規模又は数百万台規模であることが好ましい。

第一駐車施設３１〜第四駐車施設３４は、例えば、駐車された電動車両８を充電可能な電源３１ａ〜３４ａと、電動車両８の充電又は放電を制御する充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂと、を備えている。

電源３１ａ〜３４ａは、第一駐車施設３１〜第四駐車施設３４の各々に設置された蓄電池であり、送電網２に接続されている。電源３１ａ〜３４ａは、送電網２から供給される交流の電圧を直流の電圧に変換するコンバータを備えている。また、電源３１ａ〜３４ａは、電気を直流の電圧から交流の電圧に変換して送電網２に供給するインバータを備えている。

充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂは、通信網５に接続されており、電源３１ａ〜３４ａの充電量を一定に保持する機能、駐車された電動車両８に対して電源３１ａ〜３４ａから電気を供給して電動車両８を充電する機能、駐車された電動車両８の二次電池（蓄電池）に貯蓄された電気を電源３１ａ〜３４ａ経由で送電網２に供給する機能等を備えている。

なお、各駐車施設３で電動車両８を充電する具体的な構成や電動車両８から送電網２に電気を供給する具体的な構成については、例えば、特開２０１３−４２６３４号公報（特許文献１）等に記載されていることから、本明細書では詳細な説明を省略する。

監視装置４は、送電網２の電圧の周波数Ｆが目標周波数Ｆｔよりも高いか又は送電網２の電圧の周波数Ｆが目標周波数Ｆｔよりも低いかを監視するセンサである。監視装置４により計測された周波数Ｆは通信網５を介して制御装置６に送信される。なお、通信網５は、いわゆるインターネット等の相互にデータ通信可能な通信網である。

ところで、送電網２の電圧の周波数Ｆは、需要（負荷量）と供給（発電量）のバランスで定まることが知られている。例えば、供給（発電量）が大きければ周波数は高くなり、需要（負荷量）が大きければ周波数は低くなる傾向にある。電気の使用量である需要（負荷量）は常に変動していることから、送電網２の電圧の周波数Ｆも常に変動していることとなる。

電力会社は、この周波数Ｆの変動量を目標周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に対して±０．１〜±０．２Ｈｚ以内となるように発電量を調整している。この発電量の調整は、送電網２の発電所７で行われる。発電所７は、通常、火力発電所であることから、発電量の増加は燃料の使用量の増加を意味し、二酸化炭素の発生量の増加を招くこととなる。

本実施形態に係る電力制御システム１は、この周波数Ｆの変動量を目標周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に対して±０．１〜±０．２Ｈｚ以内となるように調整する手段として、複数の駐車施設３に駐車された電動車両８を利用するようにしたものである。

このように、電動車両８に充電された電気を社会インフラの一部として利用することにより、火力発電所の燃料の使用量や二酸化炭素の発生量を低減することができ、電動車両８の付加価値を向上させることができる。

制御装置６は、監視装置４から送信される信号（計測結果）に基づいて、送電網２の電圧の周波数Ｆが目標周波数Ｆｔよりも高い場合に、駐車施設３に対して駐車された電動車両８を充電するように指示する充電指令を出力し、送電網２の電圧の周波数Ｆが目標周波数Ｆｔよりも低い場合に、駐車施設３に対して駐車された電動車両８を放電するように指示する放電指令を出力するように構成されている。

制御装置６は、例えば、図２に示した制御フローに基づいて、電動車両８の充放電を制御する。送電網２の電圧の周波数Ｆは、監視装置４によって定期的に監視される（監視ステップＳｔｅｐ１）。そして、制御装置６は、監視装置４により計測された周波数Ｆが目標周波数Ｆｔより高いか又は低いかを判断する（第一判断ステップＳｔｅｐ２）。

第一判断ステップＳｔｅｐ２において、Ｆ＞Ｆｔと判断した場合には、需要（負荷量）に対して供給（発電量）が大きいことから、電力が余っていることを意味している。そこで、制御装置６は、駐車施設３に対して駐車された電動車両８を充電するように指示する充電指令を出力する（充電指令ステップＳｔｅｐ３）。

充電指令を受けた駐車施設３（例えば、第一駐車施設３１〜第四駐車施設３４）は、充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂにより駐車された電動車両８を充電する（充電ステップＳｔｅｐ４）。

制御装置６は、監視装置４により計測された周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに近付いたか否かを判断する（第二判断ステップＳｔｅｐ５）。周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに近付いたか否かは、計測された周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに到達したか否かにより判断してもよいし、計測された周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに対して一定の幅を有する範囲（例えば、目標周波数Ｆｔに対して±０．１Ｈｚ以内の範囲）に到達したか否かにより判断してもよい。

制御装置６は、周波数Ｆが目標周波数Ｆｔにまだ近付いていない（Ｎｏ）と判断した場合には電動車両８の充電を継続し、周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに近付いた（Ｙｅｓ）と判断した場合には電動車両８の充電の終了を指示する終了指令を駐車施設３に対して出力する（充電終了指令ステップＳｔｅｐ６）。

終了指令を受けた駐車施設３（例えば、第一駐車施設３１〜第四駐車施設３４）は、充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂにより駐車された電動車両８の充電を終了する（充電終了ステップＳｔｅｐ７）。なお、充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂは、駐車された全ての電動車両８の充電率が予め設定した数値（例えば、８０〜１００％の範囲内の任意の数値）になった場合には、制御装置６からの終了指令を待たずに電動車両８の充電を終了するようにしてもよい。

一方、第一判断ステップＳｔｅｐ２において、Ｆ＜Ｆｔと判断した場合には、需要（負荷量）に対して供給（発電量）が小さいことから、電力が足りないことを意味している。そこで、制御装置６は、駐車施設３に対して駐車された電動車両８を放電するように指示する放電指令を出力する（放電指令ステップＳｔｅｐ８）。

放電指令を受けた駐車施設３（例えば、第一駐車施設３１〜第四駐車施設３４）は、充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂにより駐車された電動車両８を放電し、送電網２に電気を供給する（放電ステップＳｔｅｐ９）。

制御装置６は、監視装置４により計測された周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに近付いたか否かを判断する（第三判断ステップＳｔｅｐ１０）。周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに近付いたか否かは、計測された周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに到達したか否かにより判断してもよいし、計測された周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに対して一定の幅を有する範囲（例えば、目標周波数Ｆｔに対して±０．１Ｈｚ以内の範囲）に到達したか否かにより判断してもよい。

制御装置６は、周波数Ｆが目標周波数Ｆｔにまだ近付いていない（Ｎｏ）と判断した場合には電動車両８の放電を継続し、周波数Ｆが目標周波数Ｆｔに近付いた（Ｙｅｓ）と判断した場合には電動車両８の放電の終了を指示する終了指令を駐車施設３に対して出力する（放電終了指令ステップＳｔｅｐ１１）。

終了指令を受けた駐車施設３（例えば、第一駐車施設３１〜第四駐車施設３４）は、充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂにより駐車された電動車両８の放電を終了する（放電終了ステップＳｔｅｐ１２）。なお、充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂは、駐車された全ての電動車両８の充電率が予め設定した数値（例えば、０〜２０％の範囲内の任意の数値）になった場合には、制御装置６からの終了指令を待たずに電動車両８の放電を終了するようにしてもよい。

かかる制御フローによれば、送電網２の電圧の周波数Ｆの変動に基づいて駐車施設３に駐車された電動車両８を充電又は放電することができる。また、上述した制御フローを用いることにより、送電網２の電圧の周波数Ｆが目標周波数Ｆｔよりも高い場合に、駐車施設３に駐車された電動車両８を充電し、送電網２の電圧の周波数Ｆが目標周波数Ｆｔよりも低い場合に、駐車施設３に駐車された電動車両８を放電することができる。

上述した本実施形態に係る電力制御システム１及び電力制御方法によれば、送電網２の電圧の周波数Ｆの変動に基づいて駐車施設３に駐車された電動車両８を充電又は放電するようにしたことから、駐車施設３に駐車された電動車両８を利用して送電網２の電力バランスを調整することができる。

上述した実施形態では、充電又は放電する指示を全ての駐車施設３（例えば、第一駐車施設３１〜第四駐車施設３４）に出力するようにしているが、駐車施設３の充電率又は充電容量に基づいて充電又は放電する優先順位を設定して指示を出力するようにしてもよい。ここで、図３は、制御装置の優先順位設定方法の一例を示す図である。

いま、説明の便宜上、第一駐車施設３１の収容可能台数を５０台、第二駐車施設３２の収容可能台数を３０台、第三駐車施設３３の収容可能台数を３０台、第四駐車施設３４の収容可能台数を１０台、とする。

また、電動車両８のバッテリ容量を５０ｋＷｈとすれば、第一駐車施設３１のバッテリ総容量は２５００ｋＷｈ、第二駐車施設３２のバッテリ総容量は１５００ｋＷｈ、第三駐車施設３３のバッテリ総容量は１５００ｋＷｈ、第四駐車施設３４のバッテリ総容量は５００ｋＷｈ、となる。

ここで、図３に示したように、第一駐車施設３１の充電率を３０％とすれば、充電容量は７５０ｋＷｈ、空き容量は１７５０ｋＷｈ、となる。また、第二駐車施設３２の充電率を５０％とすれば、充電容量は７５０ｋＷｈ、空き容量は７５０ｋＷｈ、となる。また、第三駐車施設３３の充電率を８０％とすれば、充電容量は１２００ｋＷｈ、空き容量は３００ｋＷｈ、となる。また、第四駐車施設３４の充電率を１００％とすれば、充電容量は５００ｋＷｈ、空き容量は０ｋＷｈ、となる。

なお、各駐車施設３（第一駐車施設３１〜第四駐車施設３４）の充電率や電動車両８の駐車台数等の情報は、充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂから通信網５を介して制御装置６に定期的に送信される。

この状態で、制御装置６から充電指令を出力する際、バッテリの空き容量が大きい駐車施設３から順に優先順位を設定して充電指令を出力するようにしてもよい。図３に示した第一例では、空き容量は、第一駐車施設３１＞第二駐車施設３２＞第三駐車施設３３＞第四駐車施設３４の関係を有していることから、第一駐車施設３１→第二駐車施設３２→第三駐車施設３３→第四駐車施設３４の順に優先順位が設定される。なお、バッテリの空き容量がない第四駐車施設３４に対しては、充電指令を出力しないようにしてもよい。

また、制御装置６から放電指令を出力する際、バッテリの充電容量が大きい駐車施設３から順に優先順位を設定して放電指令を出力するようにしてもよい。図３に示した第一例では、充電容量は、第三駐車施設３３＞第二駐車施設３２＝第一駐車施設３１＞第四駐車施設３４の関係を有している。

このとき、充電容量が同じである場合には、例えば、充電率が高い方の優先順位を高くするようにしてもよい。したがって、放電時には、図示したように、第三駐車施設３３→第二駐車施設３２→第一駐車施設３１→第四駐車施設３４の順に優先順位が設定される。

本実施形態に係る電力制御システムでは、送電網２の電力バランスに応じて電動車両８の充放電を行うことから、駐車された電動車両８がフル充電（充電率１００％）されている場合には、制御装置６からの充電指令に対応することができない。そこで、充放電制御装置３１ｂ〜３４ｂは、駐車された電動車両８をフル充電しないようにしてもよい。例えば、電動車両８の充電率の上限は８０％に設定することができる。

上述した本実施形態に係る電力制御システム１は、送電網２の電力バランスに基づいて電動車両８のバッテリを社会インフラのために利用するものであることから、電動車両８の所有者の理解及び協力が必要である。したがって、駐車施設３は、利用者が特定され、定期的な一定時間の駐車が見込まれる月極の駐車施設であることが好ましい。

ただし、本実施形態に係る電力制御システム１は、月極の駐車施設に限定されるものではなく、例えば、駐車料金の値下げ等の措置を講ずることにより、商業施設や企業等の駐車施設にも広く適用することもできる。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 電力制御システム
２ 送電網
３ 駐車施設
４ 監視装置
５ 通信網
６ 制御装置
７ 発電所
８ 電動車両
３１ 第一駐車施設
３２ 第二駐車施設
３３ 第三駐車施設
３４ 第四駐車施設
３１ａ〜３４ａ 電源
３１ｂ〜３４ｂ 充放電制御装置
Ｓｔｅｐ１ 監視ステップ
Ｓｔｅｐ２ 判断ステップ
Ｓｔｅｐ２ 第一判断ステップ
Ｓｔｅｐ３ 充電指令ステップ
Ｓｔｅｐ４ 充電ステップ
Ｓｔｅｐ５ 第二判断ステップ
Ｓｔｅｐ６ 充電終了指令ステップ
Ｓｔｅｐ７ 充電終了ステップ
Ｓｔｅｐ８ 放電指令ステップ
Ｓｔｅｐ９ 放電ステップ
Ｓｔｅｐ１０ 第三判断ステップ
Ｓｔｅｐ１１ 放電終了指令ステップ
Ｓｔｅｐ１２ 放電終了ステップ

Claims (7)

1. 送電網に接続された複数の駐車施設と、
   前記送電網の電圧の周波数を監視する監視装置と、
   前記複数の駐車施設及び前記監視装置と通信可能に接続された制御装置と、を含み、
   前記駐車施設の各々は、駐車された電動車両を充電可能な電源と、前記電動車両の充電又は放電を制御する充放電制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数よりも高い場合に、前記駐車施設に対して駐車された前記電動車両を充電するように指示する充電指令を出力し、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数よりも低い場合に、前記駐車施設に対して駐車された前記電動車両を放電するように指示する放電指令を出力するように構成されている、
   ことを特徴とする電力制御システム。
2. 前記制御装置は、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数に近付いた場合に、前記電動車両の充電又は放電を終了する終了指令を出力するように構成されている、請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記充放電制御装置は、充電率が予め設定した数値になった場合に充電又は放電を終了するように構成されている、請求項１に記載の電力制御システム。
4. 前記充放電制御装置は、駐車された前記電動車両をフル充電しないように構成されている、請求項１に記載の電力制御システム。
5. 前記制御装置は、前記複数の駐車施設の充電率又は充電容量に基づいて充電又は放電する優先順位を設定するように構成されている、請求項１に記載の電力制御システム。
6. 送電網の電圧の周波数の変動に基づいて駐車施設に駐車された電動車両を充電又は放電するようにした、ことを特徴とする電力制御方法。
7. 前記送電網の電圧の周波数が目標周波数よりも高い場合に、前記駐車施設に駐車された前記電動車両を充電し、前記送電網の電圧の周波数が目標周波数よりも低い場合に、前記駐車施設に駐車された前記電動車両を放電するようにした、請求項６に記載の電力制御方法。
   

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