JP5259763B2

JP5259763B2 - 電力管理装置、システム及び方法

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Publication number: JP5259763B2
Application number: JP2011068911A
Authority: JP
Inventors: 翼湯村; 芳樹寺島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: US20120242293A1; JP2012205430A; US9252597B2; CN102694399A; CN102694399B

Description

本発明の実施形態は、電力管理装置、システム及び方法に関する。

電力の需給バランスを取るために、電力会社サーバから電力管理サーバ（電力管理装置と同一）へ電力削減の依頼を行う電力管理形態が知られる。電力管理サーバは、管理下にある機器の制御を行って電力削減の依頼に対応する。管理下にある機器のひとつとして、蓄電池がある。電力削減依頼に対応する方法として、蓄電池に蓄積された電力を使う場合がある。

特開２０１０−２５９１６３号公報特開２００４−１８０４０４号公報

蓄電池は、経年劣化を防ぐために満充電されていない場合がある。そのため、電力削減依頼（ＤＲ：Demand Response）への応答の際に蓄電池の能力を十分に活用できない。

発明が解決しようとする課題は、電力削減依頼に対応する際に、蓄電池を最大限に活用する電力管理装置、システム及び方法を提供することを目的とする。

実施形態によれば、１以上の蓄電池を使用して１以上の家電機器の電力を制御する電力管理装置であって、解析部、第１作成部、及び第２作成部を含む。解析部は、蓄電池の充電残量を解析する。第１作成部は、充電残量に応じて、家電機器の電力を制御するための制御スケジュールを作成する。第２作成部は、充電残量に応じて、蓄電池の充放電を制御するための充放電スケジュールを作成する。

実施形態のシステムのブロック図。図１の電力管理サーバのブロック図。図２の電力管理サーバの詳細図。図１の電力管理サーバの動作の一例を示すフローチャート。図１の電力会社サーバが図１の電力管理サーバに送信する電力削減依頼パケットの内容を示す図。図４のステップＳ４０４の詳細を示すフローチャート。蓄電池充電スケジュールに含まれる情報を示す図。図１の蓄電池の充電残量と劣化度の関係を示す図。図１の電力管理サーバが作成する家電機器制御テーブルの内容を示す図。図１の電力管理サーバが図１の家電機器に送信するイベントコマンドパケットの内容を示す図。ユーザに提示する表示装置の画面内容を示す図。実施形態のシステムの変形例を示すブロック図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る電力管理装置、システム及び方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
実施形態のシステムについて図１を参照して説明する。
システムは、電力会社サーバ１０１、電力管理サーバ１０２、蓄電池１０３、家電機器群１０４、及びそれらを接続するネットワーク１５１、１５２、１５３を含む。なお、電力管理サーバ１０２は電力管理装置１０２とも称す。

電力会社サーバ１０１は、ネットワーク１５１を経由して、電力削減依頼パケットを電力管理サーバ１０２に送信する機能を有する。

電力管理サーバ１０２は、電力会社サーバ１０１からのネットワーク１５１を経由した電力削減依頼に応じて、接続している家電機器群１０４及び蓄電池１０３の電力を管理する。電力管理サーバ１０２は、電力削減依頼パケットを受信する機能と、蓄電池状態確認依頼パケットを送信する機能と、蓄電池状態確認応答パケットを受信する機能と、制御スケジュールテーブルを作成する機能と、イベントコマンドを送信する機能と、を有する。電力会社サーバ１０１と電力管理サーバ１０２はネットワーク１５１を経由して接続される。

蓄電池１０３は、接続している機器に電力を供給することが可能なものである。本実施形態では、蓄電池１０３は家電機器群１０４に含まれる家電機器１０５、１０６及び電力管理サーバ１０２に電力を供給可能である。本実施形態では蓄電池１０３は通信部を有し電力管理サーバ１０２との間で情報をやり取りすることが可能である。蓄電池１０３と電力管理サーバ１０２はネットワーク１５２を経由して接続される。

家電機器群１０４は、複数の家電機器１０５、１０６等からなり、これらの家電機器１０５、１０６は電力が供給されることによって動作する装置である。家電機器１０５や家電機器１０６と電力管理サーバ１０２はネットワーク１５３を経由して接続される。これらの家電機器１０５、１０６は通信部を有し、ネットワーク１５３を経由して電力管理サーバ１０２との間で情報をやり取りすることが可能である。

ネットワーク１５１、１５２、１５３は、ＡＤＳＬやＦＴＴＨなどのインターネット回線、ブロードバンドモバイル回線、Ethernet（登録商標）、無線LAN、Bluetooth（登録商標）、IEEE802.15.4などで構成される。あるいはそれらの組み合わせでもよい。

なお、図１には示されていないが、電力管理サーバ１０２、蓄電池１０３、家電機器群１０４は通常同一の電源により動作する。しかし電力管理サーバ１０２は蓄電池１０３及び家電機器群１０４とは異なる電源により動作してもよい。

次に、電力管理サーバ１０２について図２、図３を参照して説明する。図３は電力管理サーバ１０２の詳細なブロック図である。
電力管理サーバ１０２は、通信部２０１、パケット解析部２０２、パケット作成部２０３、データ保存部２０４、及びスケジュール作成部２０５を含む。
通信部２０１は、ネットワーク１５１、１５２、及び１５３を経由してそれぞれ、電力会社サーバ１０１、蓄電池１０３、及び家電機器群１０４と通信する。通信部２０１は、対電力会社サーバ通信部３０１、対蓄電池通信部３０２、対家電機器通信部３０３を含む。
パケット解析部２０２は、パケットを解析しパケットに含まれる情報を抽出する。パケット解析部２０２は、電力削減依頼パケット解析部３１１、蓄電池状態確認応答パケット解析部３１２を含む。
パケット作成部２０３は、蓄電池１０３及び家電機器群１０４へ送信するパケットを作成する。パケット作成部２０３は、蓄電池状態確認要求パケット作成部３２１、家電機器制御パケット作成部３２２を含む。
データ保存部２０４は、パケットに含まれている情報を保存したり、作成されたスケジュールを保存する。データ保存部２０４は、電力削減依頼内容保存部３３１、家電機器制御スケジュールテーブル保存部３３２、蓄電池充電スケジュールテーブル保存部３３３を含む。

スケジュール作成部２０５は、蓄電池１０３の充電に関するスケジュールを作成したり、家電機器群１０４に含まれる家電機器１０５、１０６のそれぞれの電力を制御するスケジュールを作成する。スケジュール作成部２０５は、家電機器制御スケジュール作成部３４１、蓄電池充電スケジュール作成部３４２を含む。

対電力会社サーバ通信部３０１、対蓄電池通信部３０２、及び対家電機器通信部３０３はそれぞれ、電力会社サーバ１０１、蓄電池１０３、及び家電機器群１０４と電力管理サーバ１０２との通信のやり取りを行う。

電力削減依頼パケット解析部３１１は、電力会社サーバ１０１からの電力削減依頼パケットを受け付け、このパケットの内容を解析して情報を抽出する。蓄電池状態確認応答パケット解析部３１２は、蓄電池１０３から蓄電池状態確認応答パケットを受け付け、このパケットの内容を解析して情報を抽出する。

蓄電池状態確認要求パケット作成部３２１は、蓄電池１０３の状態を確認するための要求パケットを作成する。家電機器制御パケット作成部３２２は、家電機器の電力を制御するパケットを作成する。

電力削減依頼内容保存部３３１は、電力会社サーバ１０１からの電力削減依頼パケットに含まれる情報を保存する。家電機器制御スケジュールテーブル保存部３３２は、後述する１以上の家電機器制御イベントからなる作成された家電機器制御スケジュールテーブルを保存する。蓄電池充電スケジュールテーブル保存部３３３は、電力削減開始時間における蓄電池１０３充電残量を保存し、蓄電池１０３の作成された充電スケジュールを保存する。

家電機器制御スケジュール作成部３４１は、家電機器制御スケジュールテーブルを作成する。蓄電池充電スケジュール作成部３４２は、蓄電池充電スケジュールを作成したり、蓄電池充放電に関する判定、制御を行う。

次に、電力管理サーバ１０２の動作の一例について図４を参照して説明する。
電力会社サーバ１０１の電力削減依頼開始時には、対電力会社サーバ通信部３０１が電力会社サーバ１０１から送信された電力削減依頼パケットを受信する（ステップＳ４０１）。電力削減依頼パケットは図５に示すように、例えば、宛先アドレス５０１、電力削減開始時刻５０２、電力削減終了時刻５０３、及び電力削減量５０４の情報を含む。宛先アドレス５０１には、電力削減を依頼する電力管理サーバ１０２のアドレスが記入される。

電力削減依頼パケット解析部３１１がパケットを解析し、電力削減開始時刻５０２、電力削減終了時刻５０３、電力削減量Ｐ５０４を電力削減依頼内容保存部３３１に記憶する。

蓄電池状態確認要求パケット作成部３２１が蓄電池の状態を確認するための要求パケットを作成し、対蓄電池通信部３０２がこの要求パケットを蓄電池１０３に送信する（ステップＳ４０２）。

蓄電池１０３が、蓄電池状態確認要求パケットを受信し、蓄電池状態確認応答パケットを電力管理サーバ１０２に送信する。蓄電池状態確認応答パケットは充電残量（ＳｏＣ）と電池寿命（ＳｏＨ）との情報を含んでいる。

対蓄電池通信部３０２がこの蓄電池状態確認応答パケットを受信する（ステップＳ４０３）。そして蓄電池状態確認応答パケット解析部３１２がこの応答パケットを解析し、蓄電池１０３の充電残量及び電池寿命の情報を取得し、例えば電力削減依頼内容保存部３３１に記憶する。

電力管理サーバ及び蓄電池は電力削減対応の準備を行う（ステップＳ４０４）。

ここで、ステップＳ４０４の詳細について図６を参照して説明する。
蓄電池充電スケジュール作成部３４２は、ＳｏＣとＳｏＨを元に、最大電力量ＳｏＣ＿ＭＡＸを見積もり、蓄電池充電スケジュールテーブル保存部３３３に記憶する（ステップＳ６０１）。ＳｏＣ＿ＭＡＸは、その時点から電力削減開始時間までの間に最大能力で充電したと仮定したときの、電力削減開始時間における充電残量である。

蓄電池充電スケジュール作成部３４２が電池の放電のみで電力削減に対応できるかどうかを判定する（ステップＳ６０２）。判定は、ＳｏＣ＿ＭＡＸと、電力削減依頼パケットに記載されていた電力削減量Ｐとを比較する。

電力削減量ＰよりもＳｏＣ＿ＭＡＸが大きい場合には（ステップＳ６０２のＹｅｓ）、蓄電池充電スケジュール作成部３４２が、蓄電池状態確認応答パケットに記述された充電残量ＳｏＣを現在の充電残量ＳｏＣ＿Ｎｏｗとし、蓄電池の充電が不要かどうかを判定する（ステップＳ６０３）。蓄電池充電スケジュール作成部３４２が現在の充電残量ＳｏＣ＿Ｎｏｗと電力削減量Ｐを比較して充電の要不要を判定する。

電力削減量ＰよりもＳｏＣ＿Ｎｏｗが大きい場合には（ステップＳ６０３のＹｅｓ）、充電の必要はなく、電力削減対応を開始する（ステップＳ４０５）。

電力削減量ＰがＳｏＣ＿Ｎｏｗ以上の場合（ステップＳ６０３のＮｏ）、蓄電池充電スケジュール作成部３４２が蓄電池充電スケジュールを作成する（ステップＳ６０４）。蓄電池充電スケジュールには、図７に示されるように充電開始時刻と充電終了時刻が記述される。充電開始時刻と充電終了時刻は、電力削減開始時刻よりも早い時刻である。
蓄電池充電スケジュールは、電力削減開始時刻における充電残量ＳｏＣ＿Ｓｔａｒｔが電力削減量Ｐよりも大きいという条件のもとで決められる。蓄電池充電スケジュールが一意に決まらない場合は、充電時間が最も短いスケジュールとする。それでも一意に決まらない場合は、図８に示した、蓄電池の充電残量と劣化度の関係を用い、蓄電池の劣化が小さい状態を長く継続して蓄電池の劣化が最も抑えられるものとする。図８の「５０％」「９０％」はそれぞれ蓄電池の充電残量が５０％、９０％の状態を継続した場合のＳｏＨの時間変化であることを示す。

充電スケジュールの実行時間になったら、蓄電池は蓄電池充電スケジュールテーブル保存部３３３に保存されている充電スケジュールを実行する（ステップＳ６０５）。充電開始時刻になったら蓄電池は充電を開始する。充電終了時刻になったら蓄電池は充電を終了する。

ステップＳ６０２で電力削減量ＰがＳｏＣ＿ＭＡＸ以上の場合には（ステップＳ６０２のＮｏ）、即座に充電を開始する（ステップＳ６０６）。そして、家電機器制御スケジュール作成部３４１が家電機器制御スケジュールを作成する（ステップＳ６０７）。家電機器制御スケジュールは、１つあるいは複数の家電機器制御イベントによって構成される。家電機器制御イベントには例えば「イベントＩＤ」「機器ＩＤ」「機器タイプ」「イベントタイプ」「イベント設定値」「イベント時刻」が記述される。家電機器制御スケジュール作成部３４１は、全ての家電機器制御イベントを並べて、図９に示す家電機器制御テーブルを作成し家電機器制御スケジュールテーブル保存部３３２に記憶する。

イベントＩＤは、家電制御スケジュールテーブルにおける整理番号である。機器ＩＤは、家電機器を識別するために家電機器に割り当てられた固有の番号である。機器タイプは、「エアコン」や「照明」といった機器の種類である。イベントタイプは、家電機器制御のために家電機器に命令する動作の種類である。イベントタイプは、家電機器のオン／オフや、エアコンの場合、冷房設定温度や風力の強弱、照明の場合明るさなどである。取りうるイベントタイプは機器タイプによって異なる。イベント設定値は、家電機器制御のために家電機器に命令する動作の設定値である。機器のオン及びオフや、エアコンの冷房設定温度の場合の２８度などの値である。イベント時刻は、家電機器制御イベントを実行する時間である。イベント時刻は、電力削減開始時刻と電力削減終了時刻の間に設定する。

電力削減対応時間になったら、家電機器制御スケジュールテーブル保存部３３２及び蓄電池充電スケジュールテーブル保存部３３３のそれぞれに記憶されている家電機器制御スケジュールテーブル及び蓄電池充電スケジュールテーブルにしたがって、電力管理サーバ１０２、蓄電池１０３、及び家電機器群１０４は電力削減対応を行う（ステップＳ５）。蓄電池は放電を開始する。

家電機器制御が必要な場合、家電機器制御スケジュールに記載される家電機器制御イベントのイベント時刻になると、電力管理サーバ１０２の対家電機器通信部３０３は家電機器１０５、１０６にイベントコマンドパケットを送信する。イベントコマンドパケットには、図１０に示すように、送信先機器の宛先アドレス１００１と、イベントコマンド１００２が記述される。

イベントコマンドは、イベントタイプとイベント設定値を指定するコマンドである。イベントコマンドパケットの形式は、ECHONET（登録商標）のようなプロトコルで規定される形式で記述してもよいし、独自形式を用いてもよい。イベントコマンドパケットを受信した家電機器１０５、１０６は、イベントコマンドパケットに記述されたイベントコマンドに従って機器制御を行う。電力管理サーバ１０２は、家電機器制御スケジュールにあるイベントをすべて完了するまで繰り返す。

以上に説明した手法では、蓄電池充電スケジュールを決定する場合には充電時間が最も短いものを優先したが、その優先度は、電力管理サーバの管理者やユーザがあらかじめ設定しておいてもよいし、図１１に示すように入力装置を備えた表示装置に出力してユーザに問い合わせを行ってもよい。

（変形例）
蓄電池を充電する方法には、電力会社から買電する方法、図１２に示すようにＰＶ−ＰＣＳ１２０１（太陽光発電用パワーコンディショナー）を制御してＰＶで発電した電力を蓄電池に貯める方法などがある。

なお、家電機器がメモリを有し、イベントコマンドを記憶しておくことができる場合、電力管理サーバが家電制御スケジュールを作成したらすぐに家電機器へイベントコマンドの送信を行う。このときのイベントコマンドには、イベントタイプとイベント設定値に加えて、イベント時刻を記述する。蓄電池がメモリと時計を有している場合、蓄電池が充電スケジュールを保存しておき、時刻になったら充電及び放電を開始する。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の電力管理装置、システム及び方法によれば、電力削減依頼を受けた際に即座に蓄電池の充放電スケジュール作成を行い必要に応じて充電を開始するにより、蓄電池を最大限に活用することができる。

また、上述の実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用の計算機システムが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した実施形態の電力管理装置による効果と同様な効果を得ることも可能である。上述の実施形態で記述された指示は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷなど）、半導体メモリ、またはこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータまたは組み込みシステムが読み取り可能な記録媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させれば、上述した実施形態の電力管理装置と同様な動作を実現することができる。もちろん、コンピュータがプログラムを取得する場合または読み込む場合はネットワークを通じて取得または読み込んでもよい。
また、記録媒体からコンピュータや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワーク等のＭＷ（ミドルウェア）等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよい。
さらに、本願発明における記録媒体は、コンピュータあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記録媒体も含まれる。
また、記録媒体は１つに限られず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も、本発明における記録媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。

なお、本願発明におけるコンピュータまたは組み込みシステムは、記録媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するためのものであって、パソコン、マイコン等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であってもよい。
また、本願発明の実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本発明の実施形態における機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１・・・電力会社サーバ、１０２・・・電力管理サーバ、１０３・・・蓄電池、１０４・・・家電機器群、１０５、１０６・・・家電機器、１５１、１５２、１５３・・・ネットワーク、２０１・・・通信部、２０２・・・パケット解析部、２０３・・・パケット作成部、２０４・・・データ保存部、２０５・・・スケジュール作成部、３０１・・・対電力会社サーバ通信部、３０２・・・対蓄電池通信部、３０３・・・対家電機器通信部、３１１・・・電力削減依頼パケット解析部、３１２・・・蓄電池状態確認応答パケット解析部、３２１・・・蓄電池状態確認要求パケット作成部、３２２・・・家電機器制御パケット作成部、３３１・・・電力削減依頼内容保存部、３３２・・・家電機器制御スケジュールテーブル保存部、３３３・・・蓄電池充電スケジュールテーブル保存部、３４１・・・家電機器制御スケジュール作成部、３４２・・・蓄電池充電スケジュール作成部、５０１・・・宛先アドレス、５０２・・・電力削減開始時刻、５０３・・・電力削減終了時刻、５０４・・・電力削減量、１００１・・・宛先アドレス、１００２・・・イベントコマンド、１２０１・・・ＰＶ−ＰＣＳ。

Claims

１以上の蓄電池を使用して１以上の家電機器の電力を制御する電力管理装置であって、
前記蓄電池の充電残量を解析する解析部と、
前記充電残量に応じて、前記家電機器の電力を制御するための制御スケジュールを作成する第１作成部と、
前記充電残量に応じて、前記蓄電池の充放電を制御するための充放電スケジュールを作成する第２作成部と、
前記蓄電池との間で第１パケットの送受信を行う第１通信部と、
外部から電力削減依頼の第２パケットを受信する第２通信部と、
前記第２通信部が前記第２パケットを受信した場合に、前記第２パケットに含まれる電力削減依頼を、前記蓄電池の放電のみで対応可能であるかどうかを判定するスケジュール部と、を具備し、
前記第２パケットに応じて電力を削減する電力管理装置。
前記スケジュール部は、前記蓄電池の現在の充電残量と現在時刻と電力削減開始時刻から電力削減開始時刻時の充電残量を見積もり、電力削減開始時刻時の充電残量を依頼された電力削減量と比較して、蓄電池の放電のみで対応可能であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
前記スケジュール部は、蓄電池の放電のみで対応可能であると判定した場合に、前記蓄電池の充電が必要であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
前記スケジュール部は、前記蓄電池の充電が必要であるかどうかを判定する場合に、現在の充電残量と依頼された電力削減量を比較することを特徴とする請求項３に記載の電力管理装置。
１以上の蓄電池を使用して１以上の家電機器の電力を制御する電力管理方法であって、
前記蓄電池の充電残量を解析し、
前記充電残量に応じて、前記家電機器の電力を制御するための制御スケジュールを作成し、
前記充電残量に応じて、前記蓄電池の充放電を制御するための充放電スケジュールを作成し、
前記蓄電池との間で第１パケットの送受信を行い、
外部から電力削減依頼の第２パケットを受信し、
前記第２パケットを受信した場合に、前記第２パケットに含まれる電力削減依頼を、前記蓄電池の放電のみで対応可能であるかどうかを判定することを具備し、
前記第２パケットに応じて電力を削減する電力管理方法。
１以上の家電機器と、
１以上の蓄電池と、
電力管理装置と、を具備し、
前記電力管理装置は、前記蓄電池の充電残量を解析する解析部と、前記充電残量に応じて、前記家電機器の電力を制御するための制御スケジュールを作成する第１作成部と、前記充電残量に応じて、前記蓄電池の充放電を制御するための充放電スケジュールを作成する第２作成部と、前記蓄電池との間で第１パケットの送受信を行う第１通信部と、外部から電力削減依頼の第２パケットを受信する第２通信部と、前記第２通信部が前記第２パケットを受信した場合に、前記第２パケットに含まれる電力削減依頼を、前記蓄電池の放電のみで対応可能であるかどうかを判定するスケジュール部と、を具備し、前記第２パケットに応じて電力を削減する電力管理システム。