JP2023030792A - 電力管理システム、電力管理サーバ、および、電力管理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽光発電装置が接続される電力網における発電電力の余剰部分あるいは不足部分を適切に吸収あるいは補う。【解決手段】CEMSサーバは、予測開始条件が成立すると(S100にてYES)、日射量の予測値および信頼度を取得するステップ(S102)と、発電電力の予測値を算出するステップ(S104)と、発電電力の予測値が要求電力よりも大きい場合には(S106にてYES)、予測値の信頼度が高いと(S108にてYES)、第1目標範囲を設定するステップ(S110)と、予測値の信頼度が低いと(S108にてNO)、第2目標範囲を設定するステップ(S112)と、発電電力の予測値が要求電力以下である場合には(S106にてNO)、予測値の信頼度が高いと(S114にてYES)、第3目標範囲を設定するステップ(S116)と、予測値の信頼度が低いと(S114にてNO)、第4目標範囲を設定するステップ(S118)とを含む、処理を実行する。【選択図】図3
Description
本開示は、太陽光発電装置を用いた発電電力の管理に関する。
マイクログリッド等の電力網の電力調整リソースとして、たとえば、発電機、自然変動電源、電力貯蔵システム、充電設備、あるいは、蓄電装置を搭載した車両等が列挙される。そのうち自然変動電源としては、ソーラパネルなどの太陽光発電装置が列挙される。マイクログリッドの対象となる地域内に太陽光発電装置が設置される場合において、電力調整を精度高く行なうためには、その太陽光発電装置を用いた発電電力を精度高く予測することが求められる。
たとえば、特開2011-124287号公報(特許文献1)には、日射量を予測して、予測された日射量の情報から太陽光発電装置の発電電力を計算する技術が開示される。
上述した日射量の予測情報としては、気象庁などの様々な機関から提供されているが、必ずしも信頼度が高くなく、日射量の予測値が実際の日射量から大きく外れる場合がある。そのため、太陽光発電装置の発電電力の予測精度が悪化し、実際の発電電力が予測された発電電力に対して過大または過小になり得る。その結果、発電電力の余剰部分や不足部分を適切に吸収あるいは補うことが求められる。
本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、太陽光発電装置が接続される電力網における発電電力の余剰部分あるいは不足部分を適切に吸収あるいは補う電力管理システム、電力管理サーバ、および、電力管理方法を提供することである。
本開示のある局面に係る電力管理システムは、予め定められた地域に設置される電力網の電力を管理する電力管理システムである。この電力管理システムは、予め定められた地域内に設置され、電力網に接続される太陽光発電装置と、電力網に接続可能な蓄電装置と、太陽光発電装置が設置される地点における予測対象時刻での日射量の予測値を取得する取得装置と、日射量の予測値を用いて予測対象時刻での太陽光発電装置の発電電力の予測値を算出し、予測値を用いて蓄電装置のSOCの目標範囲を設定するとともに、予測対象時刻になるまでに目標範囲内になるようにSOCを制御する制御装置とを備える。制御装置は、予測値の信頼度が低い場合には、信頼度が高い場合よりも目標範囲を広く設定する。
このようにすると、予測値の信頼度が低い場合には、発電電力が予測値に対して過大または過少になる場合がある。そのため、蓄電装置のSOCの目標範囲を発電電力の予測値に対して過大または過少になることに備えて目標範囲を広く設定することにより、適切に発電電力の過大分を吸収したり発電電力の過少分を補ったりすることができる。
ある実施の形態においては、制御装置は、予測対象時刻に発電電力の一部を用いて蓄電装置を充電する場合には、予測値の信頼度が低いときに、信頼度が高いときよりも目標範囲の下限値を低く設定する。
このようにすると、たとえば、太陽光発電装置の発電電力の余剰分を用いて蓄電装置が充電される場合には、目標範囲の下限値を低く設定することにより、予測値の信頼度が低いことにより発電電力が予測値に対して過大になる場合でも蓄電装置において発電電力の余剰分を吸収することができる。
さらにある実施の形態においては、制御装置は、予測対象時刻に発電電力とともに蓄電装置の電力を電力網の外部に供給する場合には、予測値の信頼度が低いときに、信頼度が高いときよりも目標範囲の上限値を高く設定する。
このようにすると、たとえば、太陽光発電装置の発電電力の不足分を補うために蓄電装置から給電される場合には、目標範囲の上限値を高く設定することにより、予測値の信頼度が低いことにより発電電力が予測値に対して過少になる場合でも蓄電装置の電力を用いて不足分を補うことができる。
さらにある実施の形態においては、制御装置は、同時刻における日射量の実測値と予測値とによって算出される誤差率を用いて信頼度を算出する。
このようにすると、日射量の実測値と予測値とによって算出される誤差率を用いて信頼度を精度高く算出することができる。
本開示の他の局面に係る電力管理サーバは、予め定められた地域に設置される電力網の電力を管理する電力管理サーバである。電力網には、予め定められた地域内に設置される太陽光発電装置と、蓄電装置とが接続される。電力管理サーバは、太陽光発電装置が設置される地点における予測対象時刻での日射量の予測値を取得する。電力管理サーバは、日射量の予測値を用いて予測対象時刻での太陽光発電装置の発電電力の予測値を算出する。電力管理サーバは、予測値を用いて蓄電装置のSOCの目標範囲を設定する。電力管理サーバは、予測対象時刻になるまでに目標範囲内になるようにSOCを制御する。電力管理サーバは、予測値の信頼度が低い場合には、信頼度が高い場合よりも目標範囲を広く設定する。
本開示のさらに他の局面に係る電力管理方法は、予め定められた地域に設置される電力網の電力を管理する電力管理方法である。電力網には、予め定められた地域内に設置される太陽光発電装置と、蓄電装置とが接続される。電力管理方法は、太陽光発電装置が設置される地点における予測対象時刻での日射量の予測値を取得するステップと、日射量の予測値を用いて予測対象時刻での太陽光発電装置の発電電力の予測値を算出するステップと、予測値を用いて蓄電装置のSOCの目標範囲を設定するステップと、予測対象時刻になるまでに目標範囲内になるようにSOCを制御するステップと、予測値の信頼度が低い場合には、信頼度が高い場合よりも目標範囲を広く設定するステップとを含む。
本開示によると、太陽光発電装置が接続される電力網における発電電力の余剰部分あるいは不足部分を適切に吸収あるいは補う電力管理システム、電力管理サーバ、および、電力管理方法を提供することができる。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、本実施の形態に係る電力管理システムの概略的な構成を示す図である。電力管理システム100は、たとえば、CEMS1と、CEMSサーバ2と、受変電設備3と、電力系統4と、送配電事業者サーバ5とを備える。CEMSとは、コミュニティエネルギー管理システム(Community Energy Management System)または街エネルギー管理システム(City Energy Management System)を意味する。
CEMS1は、工場エネルギー管理システム(FEMS:Factory Energy Management System)11と、ビルエネルギー管理システム(BEMS:Building Energy Management System)12と、ホームエネルギー管理システム(HEMS:Home Energy Management System)13と、発電機14と、自然変動電源15と、電力貯蔵システム(ESS:Energy Storage System)16と、充電設備(EVSE:Electric Vehicle Supply Equipment)17と、車両18とを含む。CEMS1では、これらの構成要素によってマイクログリッドMGが構築されている。なお、マイクログリッドMGは、本開示に係る「電力網」の一例に相当する。
FEMS11は、工場で使用される電力の需給を管理するシステムである。FEMS11は、マイクログリッドMGから供給される電力によって動作する工場建屋(照明器具、空調設備等を含む)、産業設備(生産ライン等)などを含む。図示しないが、FEMS11は、工場に設置された発電設備(発電機等)を含み得る。これらの発電設備により発電された電力がマイクログリッドMGに供給される場合もある。FEMS11は、CEMSサーバ2と双方向通信が可能なFEMSサーバ110をさらに含む。
BEMS12は、オフィスまたは商業施設等のビルで使用される電力の需給を管理するシステムである。BEMS12は、ビルに設置された照明器具および空調設備を含む。BEMS12は、発電設備を含んでもよいし、冷熱源システム(廃熱回収システム、蓄熱システム等)を含んでもよい。BEMS12は、CEMSサーバ2と双方向通信が可能なBEMSサーバ120をさらに含む。
HEMS13は、家庭で使用される電力の需給を管理するシステムである。HEMS13は、マイクログリッドMGから供給される電力によって動作する家庭用機器(照明機器、空調装置、他の電気製品等)を含む。また、HEMS13は、家庭用ヒートポンプシステム、家庭用コージェネレーションシステム、家庭用蓄電池などを含んでもよい。HEMS11は、CEMSサーバ2と双方向通信が可能なHEMSサーバ130をさらに含む。
発電機14は、気象条件に依存しない発電設備であり、発電された電力をマイクログリッドMGに出力する。発電機14は、蒸気タービン発電機、ガスタービン発電機、ディーゼルエンジン発電機、ガスエンジン発電機、バイオマス発電機、定置式の燃料電池などを含み得る。発電機14は、発電時に発生する熱を活用するコージェネレーションシステムを含んでもよい。
自然変動電源15は、気象条件によって発電出力が変動する発電設備であり、発電された電力をマイクログリッドMGに出力する。図1にはソーラパネルなどの太陽光発電装置15A(図2)が例示されているが、自然変動電源15は、太陽光発電装置15Aに加えて、風力発電装置を含んでもよい。
電力貯蔵システム16は、自然変動電源15などにより発電された電力を蓄える定置式電源である。電力貯蔵システム16は、二次電池であり、たとえば車両で使用されたバッテリ(リサイクル品)のリチウムイオン電池またはニッケル水素電池である。ただし、電力貯蔵システム16は、二次電池に限られず、余剰電力を用いて気体燃料(水素、メタン等)を製造するパワー・ツー・ガス(Power to Gas)機器であってもよい。
充電設備17は、マイクログリッドMGに電気的に接続され、マイクログリッドMGとの間で充電および放電(給電)が可能に構成されている。
車両18は、具体的には、プラグインハイブリッド車(PHV:Plug-in Hybrid Vehicle)、電気自動車(EV:Electric Vehicle)等である。車両18は、外部充電および外部給電のうちの一方または両方が可能に構成されている。すなわち、車両18は、充電ケーブルが車両18のインレット(図示せず)に接続された場合に、マイクログリッドMGから車両18へと電力を供給することが可能に構成されている(外部充電)。また、車両18は、充電ケーブルが車両18のアウトレット(図示せず)に接続された場合に、車両18からマイクログリッドMGへと電力を供給することが可能に構成されていてもよい(外部給電)。
なお、図1に示す例では、CEMS1に含まれるFEMS11、BEMS12、HEMS13、発電機14、自然変動電源15、電力貯蔵システム16の数が1個ずつであるが、これらのシステムまたは設備の含有数は任意である。CEMS1は、これらのシステムまたは設備を複数含んでもよい、また、CEMS1に含まれないシステムまたは設備があってもよい。CEMS1に含まれるFEMS11(工場建屋、産業設備等)、BEMS12(照明器具、空調設備等)、HEM13(家庭用機器等)、発電機14、自然変動電源15、電力貯蔵システム16、充電設備17、車両18の各々は、本開示に係る「電力調整リソース」に相当するため、これらのシステムまたは設備を特に区別しない場合には以下、「電力調整リソース」とも記載する。
CEMSサーバ2は、CEMS1内の電力調整リソースを管理するコンピュータである。CEMSサーバ2は、制御装置21と、記憶装置22と、通信装置23とを含む。制御装置21は、プロセッサを含み、所定の演算処理を実行するように構成されている。記憶装置22は、制御装置21により実行されるプログラムを記憶するメモリを含み、そのプログラムで使用される各種情報(マップ、関係式、パラメータ等)を記憶している。通信装置23は、通信インターフェースを含み、外部(他のサーバ等)と通信するように構成されている。
CEMSサーバ2は、アグリゲータサーバであってもよい。アグリゲータとは、複数の電力調整リソースを束ねてエネルギーマネジメントサービスを提供する電気事業者である。CEMSサーバ2は、本開示に係る「電力管理サーバ」に相当する。
受変電設備3は、マイクログリッドMGの連系点(受電点)に設けられ、マイクログリッドMGと電力系統4との並列(接続)/解列(切り離し)を切り替え可能に構成されている。受変電設備3は、いずれも図示しないが、高圧側(一次側)の開閉装置、変圧器、保護リレー、計測機器および制御装置を含む。マイクログリッドMGが電力系統4と連系しているときに、受変電設備3は、電力系統4から、たとえば特別高圧(7000Vを超える電圧)の交流電力を受電し、受電した電力を降圧してマイクログリッドMGに供給する。
電力系統4は、発電所および送配電設備によって構築された電力網である。この実施の形態では、電力会社が発電事業者と送配電事業者とを兼ねる。電力会社は、一般送配電事業者に相当するとともに、電力系統4の管理者に相当し、電力系統4を保守および管理する。
送配電事業者サーバ5は、電力会社に帰属し、電力系統4の電力需給を管理するコンピュータである。送配電事業者サーバ5もCEMSサーバ2と双方向通信が可能に構成されている。
以上のような構成を有する電力管理システム100において、上述したとおり、マイクログリッドMGの電力調整リソースとして用いられる自然変動電源15としては、ソーラパネルなどの太陽光発電装置15Aが列挙される。マイクログリッドMGの対象となる予め定められた地域内に太陽光発電装置15Aが設置される場合において、電力調整を精度高く行なうためには、その太陽光発電装置15Aを用いた発電電力を精度高く予測することが求められる。そのため、たとえば、日射量を予測して、予測された日射量の情報から太陽光発電装置15Aの発電電力や発電量を算出することが考えられる。
図2は、太陽光発電装置15Aでの発電電力を予測する構成の一例について説明するための図である。図2に示すように、CEMSサーバ2は、たとえば、太陽光発電装置15Aが設置される地点における日射量の実測値を示す情報と、現在時刻よりも後の時点における日射量の予測値を示す情報とを外部サーバ200から取得する。外部サーバ200は、たとえば、気象庁のサーバや、日射量に関する情報を外部に提供する機関のサーバなどを含む。車両18は、ECU(Electronic Control Unit)18Aと、バッテリ18Bとを含む。CEMSサーバ2は、車両18のECU18Aと有線通信または無線通信により通信可能に構成される。
太陽光発電装置15Aが設置される地点には、日射計118が設置される。日射計118は、日射量を検出し、検出結果を示す情報を外部サーバ200に送信する。外部サーバ200は、たとえば、太陽光発電装置15Aが設置される地点に設置される日射計118から取得される日射量の実測値の履歴を用いて現在時刻よりも後の時点の日射量の予測値を算出する。外部サーバ200は、たとえば、過去数年間分の同日同時刻における日射量の実測値の平均値等を予測値として算出してもよいし、気圧の配置や機械学習等を用いて予測値を算出してもよい。なお、外部サーバ200は、公知の技術を用いて日射量の予測値を算出できればよく、上述の方法に特に限定されるものではない。外部サーバ200は、太陽光発電装置15Aが設置される地点の同時刻の日射量の実測値と予測値とを対応づけて記憶装置(図示せず)に記憶させる。外部サーバ200は、太陽光発電装置15Aが設置される地点における日射量に関する情報についてCEMSサーバ2から要求を受けると、当該地点における日射量の実測値と予測値とに関する情報をCEMSサーバ2に送信する。
CEMSサーバ2は、予測対象時刻での太陽光発電装置15Aが設置される地点における発電電力を日射量の予測値を用いて算出することができる。予測対象時刻は、たとえば、現在時刻から予め定められた時間(たとえば、30分や1時間など)が経過した後の時刻であってもよいし、マクログリッドMG内、あるいは、マイクログリッドMGと電力系統4との間で電力調整が実行される時刻であってもよい。そして、CEMSサーバ2は、太陽光発電装置15Aが設置される地点における日射量の予測値を用いて予測対象時刻での太陽光発電装置15Aの発電電力の予測値を算出することができる。
CEMSサーバ2は、たとえば、DR(Demand Response)要請等によりマイクログリッドMGから電力系統4に対して電力を供給する場合において、日中等の発電電力が電力系統4から要求される電力(以下、要求電力と記載する場合がある)よりも大きい場合には、マイクログリッドMG内で余剰電力が発生するため、発生した余剰電力をマイクログリッドMG内で吸収することが求められる。このような余剰電力を吸収する手段として、たとえば、車両18に搭載されるバッテリ18Bが一例として挙げられる。バッテリ18Bを用いて余剰電力を吸収する場合には、余剰電力が発生する時点(予測対象時刻)までにバッテリ18BのSOC(State Of Charge)を余剰電力の吸収が可能な値に制御することが求められる。そのため、CEMSサーバ2は、予測対象時刻での発電電力の予測値とバッテリ18BのSOCの現在値とを用いてバッテリ18BのSOCの目標範囲を設定するとともに、予測対象時刻に到達するまでに設定された目標範囲内になるようにSOCを制御する。
このとき、たとえば、予測された余剰電力で充電してもSOCの予め定められた上限値を超えない値が目標範囲の上限値として設定され、上限値に一定のマージンαだけ低い値が目標範囲の下限値として設定される。車両18のECU18Aは、目標範囲内の可能な限り低い値を目標値として設定する。ECU18Aは、たとえば、バッテリ18Bの現在のSOCやバッテリ18Bの充電電力の上限値やバッテリ18Bの給電電力の上限値、および予測対象時刻までの時間等を用いて目標値を設定する。
CEMSサーバ2は、車両18のECU18Aからバッテリ18BのSOCに関する情報(SOC情報)を受信するとともに、設定された目標範囲内になるようにSOCを制御するための制御指令(SOC制御指令)を車両18に送信する。
一方、CEMSサーバ2は、たとえば、マイクログリッドMGから電力系統4に対して電力を供給する場合において、発電電力が要求電力よりも小さい場合には、太陽光発電装置15Aから電力系統4に供給する電力が不足する。そのため、不足した電力をマイクログリッドMG内で補うことが求められる。このような不足する電力を補う手段として、たとえば、車両18に搭載されるバッテリ18Bが一例として挙げられる。バッテリ18Bを用いて不足する電力を補う場合には、電力が不足する時点(予測対象時刻)までにバッテリ18BのSOCを不足する電力を補うことが可能な値に制御することが求められる。そのため、CEMSサーバ2は、予測対象時刻での発電電力の予測値を用いてバッテリ18BのSOCの目標範囲を設定するとともに、予測対象時刻に到達するまでに設定された目標範囲内になるようにSOCを制御する。
このとき、たとえば、予測された電力の不足分を給電してもSOCの予め定められた下限値を超えない値が目標範囲の下限値として設定され、下限値に一定のマージンαだけ高い値が目標範囲の上限値として設定される。車両18のECU18Aは、目標範囲内の可能な限り高い値を目標値として設定する。ECU18Aは、たとえば、バッテリ18Bの現在のSOCやバッテリ18Bの充電電力の上限値やバッテリ18Bの給電電力の上限値、および予測対象時刻までの時間等を用いて目標値を設定する。
上述した日射量の予測情報としては、気象庁などの様々な機関から提供されているが、必ずしも信頼度が高くなく、予測値の信頼度が低い場合には、日射量の予測値が実際の日射量から大きく外れる可能性が高くなる。そのため、予測値の信頼度によっては、太陽光発電装置15Aの発電電力の予測精度が悪化し、実際の発電電力が予測された発電電力に対して過大または過小になり得る。その結果、発電電力の余剰部分や不足部分を適切に吸収あるいは補うことが求められる。
そこで、本実施の形態においては、CEMSサーバ2が、太陽光発電装置15Aにおける日射量の予測値の信頼度が低い場合には、信頼度が高い場合よりも上述のバッテリ18BのSOCの目標範囲を広く設定するものとする。
このようにすると、日射量の予測値の信頼度が低い場合には、発電電力が予測値に対して過大または過少になる場合がある。そのため、発電電力が予測値に対して過大または過少になることに備えてバッテリ18BのSOCの目標範囲を広く設定することにより、適切に過大分を吸収したり過少分を補ったりすることができる。
以下、図3を参照して、CEMSサーバ2で実行される処理の一例について説明する。図3は、CEMSサーバ2で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、CEMSサーバ2は、予測開始条件が成立するか否かを判定する。予測開始条件は、たとえば、太陽光発電装置15Aに対して予測対象時刻における発電電力の予測が要求されるという条件を含む。CEMSサーバ2は、たとえば、送配電事業者サーバ5からの予測対象時刻に太陽光発電装置15Aからの発電電力を電力系統4に供給することが要求される場合に予測対象時刻における発電電力の予測が要求されるという条件が成立したと判定する。予測開始条件が成立すると判定される場合(S100にてYES)、処理はS102に移される。
S102にて、CEMSサーバ2は、予測対象時刻での太陽光発電装置15Aが設置される地点の日射量の予測値と予測値の信頼度に関する情報とを取得する。CEMSサーバ2は、上述したように外部サーバ200から予測対象時刻での太陽光発電装置15Aが設置される地点の日射量の予測値を取得する。さらに、CEMSサーバ2は、現在時刻における太陽光発電装置15Aが設置される地点の日射量の実測値と予測値とを取得し、取得された現在時刻における日射量の実測値と予測値とを用いて信頼度に関する情報を取得する。より具体的には、CEMSサーバ2は、現在時刻における日射量の実測値と予測値とから誤差率を算出する。CEMSサーバ2は、たとえば、所定の評価関数(たとえば、平均絶対パーセント誤差(MAPE:Mean Absolute Percentage Error))により算出される値を誤差率として算出する。CEMSサーバ2は、たとえば、現在時刻における予測値と実測値との差分を実測値で除算した値の絶対値を誤差率として算出する。なお、CEMSサーバ2は、現在時刻以前の複数の時刻における実測値と予測値とを取得し、複数の時刻における各誤差率を算出して、各誤差率の平均値を最終的な誤差率として算出してもよい。あるいは、外部サーバ200において上述のような誤差率が算出される場合には、CEMSサーバ2は、外部サーバ200から取得される誤差率を予測対象時刻の日射量の予測値の信頼度として取得してもよい。
S104にて、CEMSサーバ2は、取得した日射量の予測値から予測対象時刻での発電電力の予測値を算出する。CEMSサーバ2は、たとえば、日射量から発電電力への変換効率を用いて日射量の予測値から発電電力の予測値を算出してもよいし、あるいは、日射量と発電電力との関係を示す予め定められたマップ、表あるいは数式等を用いて日射量の予測値から発電電力の予測値を算出してもよい。
S106にて、CEMSサーバ2は、発電電力の予測値が要求電力よりも大きいか否かを判定する。CEMSサーバ2は、発電電力の予測値が太陽光発電装置15Aに対して要求する電力あるいは電力系統4から要求される電力よりも大きいか否かを判定する。CEMSサーバ2は、たとえば、電力系統4から要求される電力を用いてマイクログリッドMG内の複数の電力供給源に対して要求する電力を設定し、そのうちの太陽光発電装置15Aに対して要求する電力を要求電力として設定してもよいし、あるいは、電力系統4から要求される電力を要求電力として設定してもよい。発電電力の予測値が要求電力よりも大きいと判定される場合(S106にてYES)、処理はS108に移される。
S108にて、CEMSサーバ2は、日射量の予測値の信頼度が高いか否かを判定する。CEMSサーバ2は、たとえば、上述のように算出された誤差率がしきい値以下である場合には、日射量の予測値の信頼度が高いと判定する。あるいは、CEMSサーバ2は、たとえば、上述のように算出された誤差率がしきい値よりも大きい場合には、日射量の予測値の信頼度が低いと判定する。日射量の予測値の信頼度が高いと判定される場合(S108にてYES)、処理はS110に移される。
S110にて、CEMSサーバ2は、バッテリ18BのSOCの第1目標範囲を設定する。このとき、たとえば、予測された余剰電力で充電してもSOCの予め定められた上限値を超えない値が第1目標範囲の上限値として設定され、上限値に予め定められた値であるマージンαだけ低い値が第1目標範囲の第1下限値として設定される。日射量の予測値の信頼度が高くない(低い)と判定される場合(S108にてNO)、処理はS112に移される。
S112にて、CEMSサーバ2は、バッテリ18BのSOCの第2目標範囲を設定する。このとき、第1目標範囲の上限値と同じ値が第2目標範囲の上限値として設定され、上限値に予め定められた値であるマージンβだけ低い値が第2目標範囲の第2下限値として設定される。なお、マージンβの大きさは、マージンαの大きさよりも大きい。すなわち、第2目標範囲は、第1目標範囲よりも広い範囲となる。発電電力の予測値が要求電力以下であると判定される場合(S106にてNO)、処理はS114に移される。
S114にて、CEMSサーバ2は、日射量の予測値の信頼度が高いか否かを判定する。信頼度の判定方法については、上述のS108の処理と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。日射量の予測値の信頼度が高いと判定される場合(S114にてYES)、処理はS116に移される。
S116にて、CEMSサーバ2は、バッテリ18BのSOCの第3目標範囲を設定する。このとき、たとえば、予測された電力の不足分を給電してもSOCの予め定められた下限値を超えない値が第3目標範囲の下限値として設定され、下限値にマージンαだけ高い値が第3目標範囲の第1上限値として設定される。日射量の予測値の信頼度が高くないと判定される場合(S114にてNO)、処理はS118に移される。
S118にて、CEMSサーバ2は、バッテリ18BのSOCの第4目標範囲を設定する。このとき、第3目標範囲の下限値と同じ値が第4目標範囲の下限値として設定され、下限値にマージンβだけ高い値が第4目標範囲の上限値として設定される。
S120にて、CEMSサーバ2は、設定された目標範囲内になるようにSOCの制御指令を車両18に出力する。車両18のECU18Aは、SOC制御指令として受信した目標範囲内になるようにSOCを制御する。ECU18Aは、予測対象時刻にバッテリ18Bの充電をする場合には、設定された目標範囲の下限値(第1下限値あるいは第2下限値)に可能な限り近い値になるようにバッテリ18BのSOCを制御する。一方、ECU18Aは、予測対象時刻にバッテリ18Bから給電をする場合には、設定された目標範囲の上限値(第1上限値あるいは第2上限値)に可能な限り近い値になるようにバッテリ18BのSOCを制御する。ECU18Aは、たとえば、現在のSOCおよび現在時刻から予測開始時刻までの時間等を用いて目標範囲内に目標値を設定し、予測対象時刻までにSOCが目標値になるようにSOCを制御する。ECU18Aは、たとえば、マイクログリッドMGのいずれかの消費設備やEVSE17以外の充電設備へ電力を供給したり、車両18内の電気機器を作動させるなどしてバッテリ18BのSOCを低下させてもよいし、あるいは、マイクログリッドMGのいずれかの電源設備からのEVSE17を経由して電力の供給を受けるなどしてバッテリ18BのSOCを増加させてもよい。
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態におけるCEMSサーバ2の動作の一例について図4~図7を参照しつつ説明する。図4は、発電電力の予測値が要求電力よりも大きい場合の太陽光発電装置15Aと電力系統4とバッテリ18Bとの間での電力の流れを説明するための図である。図5は、第1目標範囲と第2目標範囲とを説明するための図である。図5には、バッテリ18BのSOCを棒状のグラフとして示し、棒状に示された領域に目標範囲として設定された上限値と下限値とが示される。図6は、発電電力の予測値が要求電力よりも小さい場合の太陽光発電装置15Aと電力系統4とバッテリ18Bとの間での電力の流れを説明するための図である。図7は、第3目標範囲と第4目標範囲とを説明するための図である。図7には、バッテリ18BのSOCを棒状のグラフとして示し、棒状に示された領域に目標範囲として設定された上限値と下限値とが示される。
たとえば、現在時刻から予め定められた時間が経過した後の予測対象時刻において、太陽光発電装置15Aの発電電力の電力系統4への供給が要求されるものとする。発電電力の予測が要求されることにより予測開始条件が成立すると(S100にてYES)、外部サーバ200から予測対象時刻の日射量の予測値および信頼度に関する情報(たとえば、現在時刻以前の実測値と予測値との履歴情報)が取得される(S102)。そして、予測対象時刻の日射量の予測値を用いて太陽光発電装置15Aにおける発電電力の予測値が算出される(S104)。算出された発電電力の予測値が太陽光発電装置15Aに要求される要求電力よりも大きいと判定され(S106にてYES)、かつ、予測値の信頼度が高いと判定される場合(S108にてYES)、第1目標範囲が設定され(S110)、SOCの制御指令が車両18に出力される(S120)。
図4に示すように、発電電力の予測値が要求電力よりも大きいと判定される場合、予測対象時刻において、発電電力のうちの要求電力に相当する一部が太陽光発電装置15Aから電力系統4に供給され、残りの余剰部分がバッテリ18Bに供給されることとなる。そのため、バッテリ18Bにおいては、予測対象時刻において余剰部分の充電が行なわれる。
日射量の予測値の信頼度が高い場合には、発電電力の予測値が大きく変動する可能性が低く、余剰部分が大きく変動する可能性が低い。そのため、図5に示すように、第1目標範囲内でSOCが制御されている場合において、発電電力の余剰部分を用いてバッテリ18Bが充電される場合にも、発生した余剰部分をバッテリ18Bを用いて吸収することが可能となる。
一方、算出された発電電力の予測値が要求電力よりも大きく(S106にてYES)、かつ、日射量の予測値の信頼度が低いと(S108にてNO)、第2目標範囲が設定され(S112)、SOCの制御指令が車両18に出力される(S120)。
日射量の予測値の信頼度が低い場合には、発電電力の予測値が大きく変動する可能性が高い。この場合、余剰部分が過小となる場合には、バッテリ18Bにおいて吸収することができるが、余剰部分が過大となる場合には、発電電力の余剰部分を用いてバッテリ18Bを充電するとバッテリ18BのSOCが予め定められた上限値を超える場合がある。そのため、第2目標範囲が設定されることにより、第2目標範囲の下限値(第2下限値)に近い値にバッテリ18BのSOCが制御されると、予測対象時刻において、バッテリ18BのSOCの状態を第1目標範囲の第1下限値よりも低い状態にすることができる。そのため、余剰部分が過大となる場合でも発生した余剰部分をバッテリ18Bを用いて吸収することが可能となる。
次に、算出された発電電力の予測値が要求電力以下であって(S106にてNO)、かつ、日射量の予測値の信頼度が高いと(S114にてYES)、第3目標範囲が設定され(S116)、SOCの制御指令が車両18に出力される(S120)。
図6に示すように、発電電力の予測値が要求電力よりも小さいと判定される場合、予測対象時刻において、発電電力の全部が電力系統4に供給され、不足部分がバッテリ18Bから供給され、バッテリ18Bから給電されることとなる。そのため、バッテリ18Bにおいては、予測対象時刻において不足部分の給電が行なわれる。
日射量の予測値の信頼度が高い場合には、発電電力の予測値が大きく変動する可能性が低く、電力の不足分が大きく変動する可能性が低い。そのため、図7に示すように、第3目標範囲内でSOCが制御されている場合において、発電電力の不足分がバッテリ18Bから給電される場合にも、SOCが予め定められた下限値を下回ることなく、電力の不足分を補うことが可能となる。
一方、算出された発電電力の予測値が要求電力以下であって(S106にてNO)、かつ、日射量の予測値の信頼度が低いと(S114にてNO)、第4目標範囲が設定され(S118)、SOCの制御指令が車両18に出力される(S120)。
日射量の予測値の信頼度が低い場合には、発電電力の予測値が大きく変動する可能性が高い。この場合、発電電力が過大となり電力の不足分が少なくなる場合には、バッテリ18Bからの給電により不足分を補うことができるが、発電電力が過少となり電力の不足分が大きくなる場合には、電力の不足分を補うようにバッテリ18Bから給電するとバッテリ18BのSOCが予め定められた下限値を超える場合がある。そのため、第4目標範囲が設定されることにより、第4目標値の上限値(第2上限値)に近い値にバッテリ18BのSOCが制御されると、予測対象時刻において、バッテリ18BのSOCの状態を第3目標範囲の第1上限値よりも高い状態にすることができる。そのため、電力の不足分が大きくなる場合でもバッテリ18Bから電力の不足分を補うことが可能となる。
以上のようにして、本実施の形態に係る電力管理システム100によると、日射量の予測値の信頼度が低い場合には、発電電力が予測値に対して過大または過少になる場合がある。そのため、バッテリ18BのSOCの目標範囲を発電電力の予測値に対して過大または過少になることに備えて目標範囲を広く設定することにより、適切に発電電力の過大分を吸収したり発電電力の過少分を補ったりすることができる。したがって、太陽光発電装置が接続される電力網における発電電力の余剰部分あるいは不足部分を適切に吸収あるいは補う電力管理システム、電力管理サーバ、および、電力管理方法を提供することができる。
特に、予測対象時刻に発電電力の一部を用いてバッテリ18Bが充電される場合には、予測値の信頼度が低いときに、信頼度が高いときよりも目標範囲の下限値が低く設定されるので、発電電力が予測値に対して過大になる場合でもバッテリ18Bにおいて発電電力の余剰分を吸収することができる。
さらに、予測対象時刻に発電電力とともにバッテリ18Bの電力が電力系統4に供給される場合には、予測値の信頼度が低いときに、信頼度が高いときよりも目標範囲の上限値が高く設定されるので、発電電力が予測値に対して過少になり、電力の不足分が大きくなる場合でもバッテリ18Bの電力を用いて不足分を補うことができる。
さらに、同時刻における日射量の実測値と予測値とによって誤差率を算出することによって信頼度を精度高く算出することができる。
以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態では、CEMSサーバ2は、太陽光発電装置15Aが設置される地点における日射量に関する情報を外部サーバ200から取得するものとして説明したが、CEMSサーバ2は、当該地点に設置された日射計118等を用いて太陽光発電装置15Aが設置される地点の日射量に関する情報を直接的に取得するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、CEMSサーバ2は、太陽光発電装置15Aが設置される地点における日射量に関する情報を外部サーバ200から取得するものとして説明したが、CEMSサーバ2は、当該地点に設置された日射計118等を用いて太陽光発電装置15Aが設置される地点の日射量に関する情報を直接的に取得するようにしてもよい。
さらに上述の実施の形態において、CEMSサーバ2において予測対象時刻における発電電力が予測されるものとして説明したが、たとえば、電力調整予定期間中の発電電力量が予測されるようにしてもよい。CEMSサーバ2は、たとえば、予測される発電電力に制御周期を乗算し、電力調整予定期間分(あるいは、予め定められた期間)を積算して電力調整予定期間中の発電電力量を予測してもよい。
さらに上述の実施の形態において、CEMSサーバ2は、外部サーバ200から太陽光発電装置15Aが設置される地点の日射量の予測値を取得するものとして説明したが、CEMSサーバ2において当該地点の日射量の実測値の履歴を用いて当該地点の日射量の予測値が算出されてもよい。
さらに上述の実施の形態においては、マイクログリッドMG内に太陽光発電装置15Aが1台設置される場合を一例として説明したが、マイクログリッドMG内に太陽光発電装置15Aが複数台設置されてもよい。
さらに上述の実施の形態においては、太陽光発電装置15Aの発電電力の余剰電力の充電や発電電力の不足分を1台の車両18によって吸収したり補ったりする場合を一例として説明したが、車両18としては、複数台であってもよいし、あるいは、複数台のうちの予測対象時刻までに設定された目標範囲内にSOCを制御することが可能な少なくともいずれかの車両が選択されるようにしてもよい。
さらに上述の実施の形態においては、太陽光発電装置15Aとバッテリ18Bとを用いて電力系統4の要求電力を満たす動作を行なう場合を一例として説明したが、その他の電源や消費設備等を組み合わせるようにしてもよい。
さらに上述の実施の形態においては、誤差率は、同時刻の日射量の予測値と実測値とを用いて平均絶対パーセント誤差を誤差率として算出し、誤差率を用いて信頼度が高いか否かを判定するものとして説明したが、特にこのような誤差率の算出方法に限定されるものではなく、たとえば、予測値に対する実測値の比(=実測値/実測値)を誤差率として算出してもよい。あるいは、信頼度が高いか否かの判定方法としては、誤差率を用いた方法に限定されるものではなく、たとえば、予測値に対する実測値の比を予測値の履歴と実測値の履歴とから複数個算出し、所定の信頼区間内であるか否かにより信頼度が高いか否かを判定してもよい。
さらに上述の実施の形態においては、バッテリ18BのSOCを車両18のECU18Aにより制御される場合を一例として説明したが、たとえば、EVSE17を用いてバッテリ18BのSOCを制御してもよい。
さらに上述の実施の形態においては、発電電力の余剰部分の吸収および電力の不足分の補填を行なう蓄電装置としては、車両18に搭載されるバッテリ18Bを用いる場合を一例として説明したが、固定式の蓄電装置を用いてもよく、特に車載の蓄電装置に限定されるものではない。
さらに上述の実施の形態においては、第1目標範囲および第3目標範囲の設定に用いられるマージンとして同じ値αを用いる場合を一例として説明したが、第1目標範囲の設定と第3目標範囲の設定とにおいて異なる値のマージンが設定されるようにしてもよい。
さらに上述の実施の形態においては、第2目標範囲および第4目標範囲の設定に用いられるマージンとして同じ値βを用いる場合を一例として説明したが、第2目標範囲の設定と第4目標範囲の設定とにおいて異なる値のマージンが設定されるようにしてもよい。
さらに上述の実施の形態においてマージンα,βは、いずれも予め定められた値である場合を一例として説明したが、マージンα,βは、たとえば、発電電力の予測値、余剰部分の大きさ、あるいは、電力の不足分の大きさ等に応じて設定される値であってもよい。
なお、上記した変形例は、その全部または一部を適宜組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 CEMS、2 CEMSサーバ、3 受変電設備、4 電力系統、5 送配電事業者サーバ、11 FEMS、12 BEMS、13 HEMS、14 発電機、15 自然変動電源、15A 太陽光発電装置、16 電力貯蔵システム、17 充電設備、18 車両、18A ECU、18B バッテリ、21 制御装置、22 記憶装置、23 通信装置、100 電力管理システム、110 FEMSサーバ、120 BEMSサーバ、130 HEMSサーバ、118 日射計、200 外部サーバ。
Claims (6)
- 予め定められた地域に設置される電力網の電力を管理する電力管理システムであって、
前記予め定められた地域内に設置され、前記電力網に接続される太陽光発電装置と、
前記電力網に接続可能な蓄電装置と、
前記太陽光発電装置が設置される地点における予測対象時刻での日射量の予測値を取得する取得装置と、
前記日射量の予測値を用いて前記予測対象時刻での前記太陽光発電装置の発電電力の予測値を算出し、前記予測値を用いて前記蓄電装置のSOCの目標範囲を設定するとともに、前記予測対象時刻になるまでに前記目標範囲内になるように前記SOCを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記予測値の信頼度が低い場合には、前記信頼度が高い場合よりも前記目標範囲を広く設定する、電力管理システム。 - 前記制御装置は、前記予測対象時刻に前記発電電力の一部を用いて前記蓄電装置を充電する場合には、前記予測値の信頼度が低いときに、前記信頼度が高いときよりも前記目標範囲の下限値を低く設定する、請求項1に記載の電力管理システム。
- 前記制御装置は、前記予測対象時刻に前記発電電力とともに前記蓄電装置の電力を前記電力網の外部に供給する場合には、前記予測値の信頼度が低いときに、前記信頼度が高いときよりも前記目標範囲の上限値を高く設定する、請求項1に記載の電力管理システム。
- 前記制御装置は、同時刻における前記日射量の実測値と予測値とによって算出される誤差率を用いて前記信頼度を算出する、請求項1に記載の電力管理システム。
- 予め定められた地域に設置される電力網の電力を管理する電力管理サーバであって、前記電力網には、前記予め定められた地域内に設置される太陽光発電装置と、蓄電装置とが接続され、
前記電力管理サーバは、
前記太陽光発電装置が設置される地点における予測対象時刻での日射量の予測値を取得し、
前記日射量の予測値を用いて前記予測対象時刻での前記太陽光発電装置の発電電力の予測値を算出し、
前記予測値を用いて前記蓄電装置のSOCの目標範囲を設定し、
前記予測対象時刻になるまでに前記目標範囲内になるように前記SOCを制御し、
前記予測値の信頼度が低い場合には、前記信頼度が高い場合よりも前記目標範囲を広く設定する、電力管理サーバ。 - 予め定められた地域に設置される電力網の電力を管理する電力管理方法であって、前記電力網には、前記予め定められた地域内に設置される太陽光発電装置と、蓄電装置とが接続され、
前記電力管理方法は、
前記太陽光発電装置が設置される地点における予測対象時刻での日射量の予測値を取得するステップと、
前記日射量の予測値を用いて前記予測対象時刻での前記太陽光発電装置の発電電力の予測値を算出するステップと、
前記予測値を用いて前記蓄電装置のSOCの目標範囲を設定するステップと、
前記予測対象時刻になるまでに前記目標範囲内になるように前記SOCを制御するステップと、
前記予測値の信頼度が低い場合には、前記信頼度が高い場合よりも前記目標範囲を広く設定するステップとを含む、電力管理方法。
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Legal Events
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