JP4543217B2 - 系統情報監視システム - Google Patents

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Description

本発明は、系統全体の需給バランス維持を図った系統情報監視システムに関する。
有限な化石燃料の消費を抑制し、地球温暖化の原因となる二酸化炭素排出量を削減するためには、太陽光・風力などの再生可能資源を用いた発電や、排熱の有効利用により総合効率を高められる熱電併給の普及が重要である。これらは通常小容量のものが点在する「分散型電源」であり、その多くが安定性および供給信頼性を高めるために系統連系して運用される。しかし現在の電力系統に分散型電源を大量に連系すると、配電系統の電圧維持や系統全体の需給バランス維持が困難になる。
そこで配電系統の維持管理のための、系統側と需要家側との間の情報交換を目的とした需給インターフェイスの必要性が指摘されている（非特許文献１参照）。また、電力の頻繁な託送を可能とするために、電圧・周波数調節を目的とした地域送配電系統と分散型電源との間の協調制御が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００４−５６９９６号公報 ２１世紀の電力系統―需要地系統の構築―（ＯＨＭ ２００２年３月号、ｐ９９〜１０３） 無効電力と直列リアクタンスによる配電線電圧調節に関する考察（電気学会 電力技術・電力系統技術合同研究会、PE-03-156、 PSE-03-167、ｐ１３〜１８、２００３） 分散型電源連系時の配電系統電圧管理手法の検討―SVCによる制御と柱上変圧器タップ変更の見直し―（平成15年電気学会全国大会、6-043、ｐ７４〜７５、２００３）
しかし、系統全体の需給バランス維持に関しては、特許文献１では、需給バランス維持のために分散型電源の出力を調整することが提案されているが、特許文献１にも示されているように太陽光発電や風力発電は出力を減らすことはできるが任意には制御できない発電設備であるし、熱電併給設備でも排熱の有効利用のために熱需要を考慮して電気出力を決定するのが望ましい。よって分散型電源の出力調整を積極的に行うことは、自然エネルギーや熱エネルギーの有効利用を阻害するという問題があった。これに対し、電気温水器のようにある時間までに規定のエネルギーを投入し規定温度の温水を得られれば途中の消費電力変化を許容できる負荷がある。また空調機も、短時間であればその空調パワーを変動させても、使用者に大きな不快感を与えることなく温度や湿度のコントロールを行うことができる。このような「可制御負荷」の消費電力の調節を積極的に行い、この調節で需給バランスを維持できない場合に限り分散型電源の出力調整を行う方が、分散型電源の出力を調整する機会を減らすことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。しかし多数台ある可制御負荷のうち、どの可制御負荷の消費電力を削減または増加させるかを選ぶ方法が明確に定まっていないのが現状である。
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、系統全体の需給バランスを調節するために消費電力を調節する可制御負荷の選定法を明確にすることにより、分散型電源の大量連系を可能にした系統情報監視システムを提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するために下記の手段を採用した。
第１の手段は、複数の可制御負荷と、該各可制御負荷kからある時点の消費電力Pnkと将来の消費電力平均値Pakと最大消費電力Pmaxkと最小消費電力Pminkの情報を収集し、系統の需給バランスから必要な可制御負荷の消費電力調節量の総量を判断し、消費電力調節を行わせる可制御負荷を選定し、消費電力指令を送信することを特徴とする系統情報監視システムである。
第２の手段は、第１の手段において、上記消費電力調節を行わせる可制御負荷を選定する際に、電力消費率(Pak-Pmink)/(Pmaxk-Pmink)に着目し、消費電力を減らす場合には電力消費率が小さい可制御負荷から順に選定し、逆に消費電力を増やす場合には電力消費率が大きい可制御負荷から順に選定することを特徴とする系統情報監視システムである。
本発明の系統情報監視システムによれば、系統全体の需給バランス維持のための有効電力調節をどの可制御負荷に行わせるかを明確に選定でき、可制御負荷が規定時間内に必要なエネルギーを消費することができる。また、分散型電源の出力を調整する機会を減らすことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
本発明の一実施形態を図１および図２を用いて説明する。
図１は本実施形態の発明に係る系統情報監視システムの構成を示す図である。
同図に示す系統情報監視システムでは、４台の可制御負荷が系統につながっているとし、それらを番号kで表し、その最大消費電力をPmaxk、最小消費電力をPminkとする。番号kの可制御負荷は、ある情報送信時点において、電力Pnkを消費しており、この時刻からtk時間後までにEakのエネルギーを消費しなければならないとする。このとき、この可制御負荷がtk時間後までに消費する電力の平均値はPak=Eak/tkである。
ここで、tk時間後までの電力消費率を(Pak-Pmink)/(Pmaxk-Pmink)で定義する。この電力消費率は、その負荷がtk時間後まで最大消費電力で運転しなければならない割合を表している。この値が1のときは、tk時間後までずっと最大消費電力で運転し続ける必要がある。逆にこの値が0のときは、tk時間後までずっと最小消費電力で運転し続ける必要がある。この値が0.5のときは、tk/2時間後まで最大消費電力で運転し、その後tk時間後まで最小消費電力で運転しても、tk/2時間後まで最小消費電力で運転し、その後tk時間後まで最大消費電力で運転しても、tk時間後までずっと最大消費電力と最小消費電力の中間の電力で運転しても良い。
この系統において需要過多となり、いくつかの可制御負荷の消費電力を減らさなければならなくなったとする。消費電力を減らす可制御負荷としては、電力消費率が小さいものから順番に選択し、それらに最小消費電力を行うように指令する。選択した可制御負荷の消費電力を最小値Pminkにすることで減らすことのできる消費電力Pnk-Pminkを足していき、必要な消費電力調節量を得られるまで選択する。消費電力を最小値Pminkにするように指令され続けている可制御負荷の電力消費率(Pak-Pmink)/(Pmaxk-Pmink)は、時間の経過と共に高くなる。電力消費率が1になった可制御負荷は、その後tk時間後までずっと最大消費電力Pmaxkで運転し続ける必要がある。
逆にこの系統において供給過多となり、いくつかの可制御負荷の消費電力を増やさなければならなくなったとする。消費電力を増やす可制御負荷としては、電力消費率が大きいものから順番に選択し、それらに最大消費電力を行うように指令する。選択した可制御負荷の消費電力を最大値Pmaxkにすることで増やすことのできる消費電力Pmaxk-Pnkを足していき、必要な消費電力調節量を得られるまで選択する。消費電力を最大値Pmaxkにするように指令され続けている可制御負荷の電力消費率(Pak-Pmink)/(Pmaxk-Pmink)は、時間の経過と共に低くなる。電力消費率が0になった可制御負荷は、その後tk時間後までずっと最小消費電力Pminkで運転し続ける必要がある。
このように電力消費率の大きさに着目して消費電力を調節する可制御負荷を選択することにより、すべての可制御負荷が指定されたtk時間後までにEakのエネルギーを消費できるように制御できる。
ここで本制御手法の一例を図２を用いて説明する。
図２は、図１中の４台の可制御負荷の、ある情報送信時のパラメータを表したものである。電力消費率の大小関係から、この系統において需要過多となった場合には、可制御負荷2、4、1、3の順に、消費電力を最小値Pminkで運転するように指令する。0.25kW以上消費電力を減らす必要がある場合は、可制御負荷2を最小消費電力Pmin2で運転させる。0.25+3.9=4.15kW以上消費電力を減らす必要がある場合は、可制御負荷2と4を最小消費電力Pmin2とPmin4で運転させる。4.15+2=6.15kW以上消費電力を減らす必要がある場合は、可制御負荷2と4と1を最小消費電力Pmin2とPmin4とPmin1で運転させる。6.15+0.6=6.75kW以上消費電力を減らす必要がある場合は、可制御負荷2と4と1と3を最小消費電力Pmin2とPmin4とPmin1とPmin3で運転させる。これでも需要過多の場合は、分散型電源に出力を増やすように指令する。
逆にこの系統において供給過多となった場合には、可制御負荷3、1、4、2の順に、消費電力を最大値Pmaxkで運転するように指令する。0.3kW以上消費電力を増やす必要がある場合は、可制御負荷3を最大消費電力Pmax3で運転させる。
0.3+2=2.3kW以上消費電力を増やす必要がある場合は、可制御負荷3と1を最大消費電力Pmax3とPmax1で運転させる。2.3+6=8.3kW以上消費電力を増やす必要がある場合は、可制御負荷3と1と4を最大消費電力Pmax3とPmax1とPmax4で運転させる。
8.3+0.2=8.5kW以上消費電力を増やす必要がある場合は、可制御負荷3と1と4と2を最大消費電力Pmax3とPmax1とPmax4とPmax2で運転させる。これでも供給過多の場合は、分散型電源に出力を減らすように指令する。
第１の実施形態の発明に係る系統情報監視システムの構成を示す図である。 図１中の４台の可制御負荷の、ある情報送信時のパラメータを表したものである。

Claims (1)

  1. 複数の可制御負荷と、
    前記各可制御負荷ｋからある時点の消費電力Ｐ ｎｋ 、将来の消費電力平均値Ｐ ａｋ 、最大消費電力Ｐ ｍａｘｋ 及び最小消費電力Ｐ ｍｉｎｋ の情報を収集し、系統の需給バランスから必要な可制御負荷の消費電力調節量の総量を判断し、消費電力調節を行わせる可制御負荷を選定し、消費電力指令を送信する系統情報監視所とを備える系統情報監視システムであって、
    上記消費電力調節を行わせる可制御負荷を選定する際に、電力消費率（Ｐ ａｋ −Ｐ ｍｉｎｋ ）／（Ｐ ｍａｘｋ −Ｐ ｍｉｎｋ ）に着目し、消費電力を減らす場合には電力消費率が小さい可制御負荷から順に選定し、逆に消費電力を増やす場合には電力消費率が大きい可制御負荷から順に選定することを特徴とする系統情報監視システム。
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