JP5380413B2 - 電力量演算装置，電力量演算サーバ，電力量演算システムおよび電力量演算方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力量演算装置，電力量演算サーバ，電力量演算システムおよび電力量演算方法に関する。

近年における地球環境保護意識の高まりによって、環境汚染のないクリーンエネルギー、中でも太陽電池を利用した太陽光発電が注目されている。太陽光発電については、商用電力系統との並列運転により負荷に対する給電が行われ、自家に必要な電力の一部又は全部が太陽光発電によって賄われるとともに、太陽電池の発電電力が余った場合には商用電力系統へのいわゆる逆潮流が行われる。

逆潮流された電力については、電力会社が所定の単価で買い取られ、太陽光発電システム設置のインセンティブとして認知されている。

太陽電池の発電電力を商用電力系統に供給する場合に、太陽光発電では発電電力が日射量に応じて大きく変動するので、商用電力系統への影響を抑制するため、例えば特許文献１に記載されているように、系統連系点の電圧を監視し、これが規定範囲外の値になった時点、すなわち給電異常が発生した時点で太陽光発電システムによる発電を停止する。

また、例えば特許文献２に記載されているように、系統連携点の電圧を監視して、規定の上限電圧に近づいた時には発電出力を最大値よりも小さくする。

これらの技術によって、電力系統が規定の範囲を逸脱しないように系統を保護しつつ電力の買い取りが実施されてきた。

一方、蓄電池を組合わせるシステムでは、蓄電池を使用して夜間電力を蓄電しておき、昼間に使用することで電力会社にとっては電力需要のピークシフトを実現し、需要家にとっては夜間の安い電力を利用できるというメリットがあるものの、しかしながら、電気料金の安い夜間に蓄電した電力を、昼間に逆潮流しないようにする必要がある。

このための技術として、例えば特許文献３に記載されているように、逆潮流中は夜間電力充電用電池からの放電と太陽光出力の充電を抑制する制御を行うことで、夜間電力で充電した電力の逆潮流を防止するものが知られている。

また、例えば特許文献４に記載されているように、蓄電池放電時は、買電メータがゼロ以上になるように制御を行うことで、夜間電力で充電した電力の逆潮流を防止するものが知られている。

特開平８−７０５３３号公報 特開平６−３３２５５３号公報 特開２００９−３３７９７号公報 特開２００７−２０９１３３号公報

しかしながら、特許文献３に記載されるものは、制御する機構が必要であるため、需要家側設備の投資負担が重くなり、また、蓄電池からは逆潮流が許されないため、系統安定化のために活用できないという問題がある。

また、特許文献４に記載されるものは、やはり、蓄電池からは逆潮流が許されないとの考え方で、また、その設備投資負担が重くなると共に、系統安定化のために活用できないという問題がある。

逆潮流の電力の一部に蓄電した電力が含まれることを許容するとの考えに基づくものであり、すなわち、本発明の目的は、逆潮流の電力の一部に蓄電した電力が含まれていたとしても適切な逆潮流に相当する分の電力量を演算することが可能な電力量演算装置，電力量演算サーバ，電力量演算システムおよび電力量演算方法を提供することにある。

本発明は、需要家の電力配線から電力系統に供給される逆潮流電力量と、再生可能エネルギー発電機から前記需要家の電力配線に供給される再生可能電力量と、蓄電池から前記需要家の電力配線に供給される蓄電池電力量とから、前記逆潮流電力量から前記蓄電池電力量を差し引いて演算される電力量が、前記再生可能電力量よりも大きくなった場合に、前記逆潮流電力量は前記再生可能電力量を上限にするように構成した。

本発明では、逆潮流の電力の一部に蓄電した電力が含まれていたとしても、適切な逆潮流分の電力量を演算することが可能となり、そのため、蓄電池からの充放電を系統安定化に活用することが可能となる。

システムブロック図。 住宅用太陽光発電システムの構成を示すブロック図。 電力量データベースのテーブル構成を示す図。 調整逆潮流電力量の計算手順の一例を示す図。 第２の実施例のシステムブロック図。 第２の実施例の電力量データベースのテーブル構成を示す図。

以下の本発明の第一の実施例発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。

図２は太陽電池を発電源とした分散電源システムの一例を示す図である。なお、分散電源として太陽電池以外の再生エネルギーの発電機を用いても良い。図２において、需要家１（１０１）では、分散電源システムは太陽電池パネル１０１１とこの太陽電池パネル１０１１から出力される直流電力を交流電力に変えるインバータ（インバータ回路）を内蔵した電力変換手段１０１２とを備えている。この電力変換手段１０１２には、商用電力系統２０４から、変電所２１２を介して、さらに周波数変動や電圧変動に基づいて商用電力系統２０４を遮断する遮断器２０６と、柱上トランス１０８と、遮断器２０５とを介して電力が供給される。分散型電力を切り離す遮断器２０５と、遮断器２０５を解列させる単独運転検知手段２０７とを含んでいる。

太陽電池パネル１０１１の出力電圧および出力電流に基づいて、太陽電池パネル１０１１の発電電力を演算する。

電力変換手段１０１２を制御することにより、一定の時間間隔をあけて断続的に太陽電池パネル１０１１の出力電圧を変化させ、出力される電力が最大となる電圧値を探索する。蓄電手段１０１３が設けられ、電力変換手段１０１４に制御されて充放電を行う。柱上トランス１０８との間には順潮流電力量計測手段１０１７および逆潮流電力量計測手段１０１８が設けられている。表示手段２１１は発電量が異常であるとき充放電が異常であるときなどに表示を行う。

図１において、太線は電力系を示し、細線は情報系を示している。需要家１〜３は通信ネットワーク１０６によって電力データ中継局１０４と接続されており、電力データ中継局１０４は電力データ集計センタ１０５と通信ネットワーク１０７によって接続されている。また、各需要家には柱上トランス１０８より商用電力系統１０９によって電力供給されるとともに、太陽電池パネル１０１１の余剰電力を系統側に逆潮流する構成になっている。

需要家１（１０１）は、発電手段として太陽電池パネル１０１１を備え、太陽電池パネル１０１１から出力される直流電力を、電力変換手段１０１２によって商用周波数の交流電力に変換し、自家負荷１０１０に供用する。ここで、太陽電池パネル１０１１の他にも太陽電池パネルを設けて複数太陽電池パネルとしても良く、他の風力発電機を併設してもよく、これらを総称して再生可能エネルギーによる発電機と称し、これらの発電量を再生可能電力量と称する。その場合、各々の発電量が総計されたものが以下説明の発電量と見なされる。

また、電力変換手段１０１２の出力電力量は、太陽光発電電力量計測手段１０１５によって計測する。

蓄電手段１０１３は直流電力を充電放電可能である。電力変換手段１０１４は、蓄電手段が充電状態の時は、電力変換手段１０１２、もしくは商用電力系統（あるいは単に系統とも称する）１０９から供給される交流電力を入力し、直流電力に変換して蓄電手段１０１３に供給し、蓄電手段１０１３が放電状態の時は、蓄電手段１０１３から供給される直流電力を交流電力に変換して自家負荷１０１０もしくは、逆潮流として商用電力系統１０９に供給する。

太陽電池パネルの電力のうち自家負荷１０１０で消費できない余剰電力は、商用電力系統１０９に逆潮流するか、電力変換手段１０１４を介して蓄電手段１０１３に供給する、その電力量はそれぞれ蓄電手段充放電電力量計測手段１０１６と、逆潮流電力量計測手段１０１８によって計測する。

太陽電池パネルの電力では自家負荷１０１０を賄えず、電力が不足する場合は、商用電力系統１０９より電力の供給を受けるが、その電力量は順潮流電力量計測手段１０１７によって計測する。

電力量データ送信手段１０１９は、太陽光発電電力量計測手段１０１５，蓄電手段充放電電力量計測手段１０１６，順潮流電力量計測手段１０１７，逆潮流電力量計測手段１０１８でそれぞれ計測された各電力量を、通信ネットワーク１０６を経由して電力データ中継局１０４に送信する。

なお、需要家２（１０２），需要家３（１０３）についても需要家１（１０１）と同様の構成である。

電力データ中継局（あるいは単にサーバとも称する）１０４では、柱上トランス１０８下の電力系統に接続された需要家の上記電力量データが電力量データ受信手段１０４１によって受信され、電力量データ等ＤＢ１０４２に需要家毎の上記電力量が保存される。

電力量データ送信手段１０１９において、前記逆潮流電力量を計測した期間における、需要家１０１内に設置された太陽光パネル１０１１，電力変換手段１０１２，蓄電手段１０１３，電力変換手段１０１４，自家負荷１０１０等の機器（以下単に「機器」と称する）の状態情報（これら状態情報を以下単に「状態情報」と称する）を、消費電力量と逆潮流電力量とを関連付けて記録し、電力データ中継局１０４に送信するものである。

ここで、分散電源として太陽光パネル１０１１を含んでも良く、消費電力量と逆潮流電力量とを関連付けて記録して電力データ中継局１０４に送信するデータに、この分散電源（１つ以上でもよい）の発電電力量を含めて良い。

もちろん、この送信するデータには、少なくとも一つ以上の蓄電池の充電電力量と放電電力量が含まれるものであり、さらには、少なくとも一つ以上の蓄電池の充電実施有無と放電実施有無についての情報が含まれるのである。

特に、分散電源と、蓄電池が共存する場合では、需要家１（１０１）内に設置された機器が少なくとも一つ以上の分散電源と、一つ以上の蓄電池が含まれることになり、このような情報を、電力データ中継局１０４に送信するのである。

さらに好ましくは、逆潮流が発生したときだけ処理を実施するように、状態情報は、逆潮流電力量を計測した期間の情報を記録して、電力データ中継局１０４に送信する。或いは、逆潮流を計測した期間の、機器の状態情報が取得できない場合は、逆潮流電力量を電力データ中継局１０４に送信しなくても良い。また、逆潮流を計測した期間の、前記機器の状態情報が取得できない場合は、逆潮流電力量を０として電力データ中継局１０４に送信しても良い。

図３（ａ）に電力量データ等ＤＢ１０４２に保存されるデータのテーブルを示す。需要家１（１０１），需要家２（１０２），需要家３（１０３）から送信される、各需要家を識別する需要家ＩＤ，順潮流電力量，逆潮流電力量，太陽光発電電力量，蓄電池充放電電力量を、電力量データ等受信手段１０４１を介して受信し、蓄積保存される。図３（ａ）に示すテーブルでは、月毎に電力量が蓄積される例を示しており、需要家が３軒存在して、２００９年１０月と２００９年１１月に計測されたデータが蓄積されている。

調整電力量計算手段１０４３では電力量データ等ＤＢ１０４２の蓄積データを参照して所定のアルゴリズムにより調整逆潮流電力量を算出する。この算出結果は図３（ｂ）のように電力量データ等ＤＢ１０４２として記憶される。調整逆潮流電力量は調整電力量送信手段１０４４によって、通信ネットワーク１０７を経由して電力データ集計センタ１０５に設置された集計サーバ１０５１に送信される。集計サーバ１０５１で集計された電力量に基づき、後日電力料金が計算され、各需要家に対して請求されることになる。

図４に調整電力量計算手段１０４３が実行する調整逆潮流電力量の計算手順の一例を示す。

ある需要家のある期間の調整逆潮流電力量を計算する場合、当該期間の蓄電池充放電電力量がプラス値（放電よりも充電が多い）かどうかの判定を行う。ここで、図３（ａ）おいて、蓄電池１０１３が充電するとプラスであり、蓄電池１０１３が放電するとマイナスになるように符号を定義する。例えば、図３（ｂ）の需要家ＩＤ００１，計測日時２００９／１０では蓄電池充放電電力量が−１５０ｋｗｈであるので、放電であり「ＹＥＳ」となる（ステップ４００１）。

もし蓄電池充放電量がプラス値の場合は、逆潮流電力量に蓄電池放電分が含まれているので逆潮流電力量から蓄電池放電電力量を差し引いた値を調整逆潮流電力量をする。ここで、図３（ａ）では放電がマイナス符号で表されているので演算としては「逆潮流電力量」＋「蓄電池充放電電力量（マイナス値）」となり、すなわち調整逆潮流電力量を逆潮流電力量から蓄電池放電電力量をプラスした値にセットする。例えば、図３（ａ）の需要家ＩＤ００１，計測日時２００９／１０では２００＋（−１５０）＝５０が調整逆潮流電力量としてセットされる（ステップ４００２）。

もし蓄電池充放電量がプラス値でない場合は、逆潮流電力量には蓄電池放電分が含まれていないのであるので調整逆潮流電力量を逆潮流電力量にセットする（ステップ４００３）。

次に、調整逆潮流電力量よりも太陽光発電電力量が少ないかどうかの判定を行う。例えば、電気自動車が需要家１（１０１）に接続されて電気自動車から需要家１（１０１）に電気自動車から電力が供給されたり、あるいは、燃料電池による発電電力が一時的あるいは誘発的に流入したりすると、太陽光発電電力量を超えて逆潮流電力が発生するからである。例えば、図３（ａ）の需要家ＩＤ００１，計測日時２００９／１０では、調整逆潮流電力量５０ｋｗｈが太陽光発電電力量１００ｋｗｈよりも小さいので、上記した状態ではないものと見なされ、「ＮＯ」との判断になる（ステップ４００４）。

もし太陽光発電電力量のほうが少ない場合は、調整逆潮流電力量を太陽光発電電力量にセットする。例えば、図３（ａ）の需要家ＩＤ００１，計測日時２００９／１０では、得られた調整逆潮流電力量５０ｋｗｈがセットされる。この演算結果は図３（ｂ）のように電力量データ等ＤＢ１０４２に記憶される（ステップ４００５）。

もう一例として、図３（ａ）において、需要家ＩＤ００３で計測日時２００９／１１の場合を説明する。ステップ４００１では、蓄電池充放電電力量が１００ｋｗｈであり、プラスであり充電を示しているので、ステップ４００３に進み、調整逆潮流電力量として逆潮流電力量３５０ｋｗｈをセットする。

ステップ４００４では、調整逆潮流電力量３５０ｋｗｈが太陽光発電電力量３００ｋｗｈよりも大きく条件式が「ＹＥＳ」になるので、ステップ４００５に進む。

ステップ４００５では調整逆潮流電力量を太陽光発電電力量３００ｋｗｈにセットする。この値は、図３（ｂ）に示すようなデータとして電力量データ等ＤＢ１０４２に格納される。

このように調整逆潮流電力量を計算することで、逆潮流電力のうち太陽光発電による電力量を算出することができる。

このように逆潮流電力量を調整し、その調整逆潮流電力を電力データ集計センタに送信することで、太陽光による発電電力を所定の買取レートで買取ることができる。

なお本実施例形態では、電力データ中継局内で調整逆潮流電力を計算しているが、電力データ集計センタ側で調整売電電力の計算を実施することも可能である。その際には、需要家から送られてきた各電力量を電力データ集計センタ側に送信する必要がある。

また、本実施例形態では、通信ネットワーク１０６と通信ネットワーク１０７は異なるネットワークの構成になっているが、共通の通信ネットワークによって構成することも可能である。

また、本実施例形態では、電力データ中継局内で調整逆潮流電力を計算しているが、需要家内で計算処理を実施しても良い。

また、本実施例形態では、分散電源と蓄電池の両方に電力量計を設置しているが、分散電源のみに設置した状態で運用しても良い。その場合は一旦蓄電した分散電源の発電電力も分散電源の発電量と見なすこととなる。

また、蓄電池の充放電電力量計は、充放電の実施有無のみを判定するセンサであってもよい。その場合は計測期間に蓄電池の放電が有った時の逆潮流はすべて蓄電池の放電電力であると見なす。

また、本実施例形態では、分散電源の発電電力量と蓄電池の充放電電力量を常に順潮流電力量と逆潮流電力量とともに電力データ中継局に送信しているが、逆潮流電力量が計測されたときのみ、分散電源の発電電力量と蓄電池の充放電電力量を送信するようにしても良い。その場合送信されるデータ量を削減することができる。

また、なんらかの原因により、分散電源の発電電力量と蓄電池の充放電電力量が取得できないときは、逆潮流電力量を中継局に送信しないか、もしくは逆潮流電力量を０として中継局に送信するようにしても良い。そうすることにより、需要家の不正を防ぐことができる。

第２の実施例を説明する。第２の実施例では第１の実施例と異なる部分のみ説明する。他の部分は第１の実施例と同様なので説明を省略する。

第２の実施例では、図５に示すように、需要家１（１０１）内に電力量データ等ＤＢ５０４２および調整電力量計算手段５０４３を設けた。各々の機能は第１の実施例の電力量データ等ＤＢ１０４２および調整電力量計算手段１０４３と同様である。ただし、データは図６に示すように一時的に管理され、電力量データ受信手段を介して電力データ集計センタ１０５に調整逆潮流電力量が送られる。

以上の本実施例の特徴を整理すると、需要家に、太陽電池パネルと、太陽電池パネルから出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、蓄電手段と、蓄電手段が充放電する直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、商用電力系統に逆潮流した電力量を計測する逆潮流電力量計測手段と、商用電力系統から順潮流した電力量を計測する順潮流電力量計測手段と、蓄電手段からの電力を計測する蓄電値充放電電力量計測手段と、太陽電池パネルが発電する電力を計測する太陽光発電量計測手段と、上記の各計測手段が計測した、逆潮流電力量と順潮流電力量と蓄電池充放電電力量と太陽光発電電力量を電力データ中継局に送信する電力量データ送信手段を有し、
電力データ中継局に、各需要家から送信される電力量を受信する電力量データ受信手段と、受信した電力量データを記録する電力量データＤＢと、電力量データを所定の手順で変更する調整電力量計算手段と、調整電力量を電力データ集計センタに送信する調整電力量送信手段を有し、
上記の電力量データを需要家から電力データ中継局に送信し、電力データ中継局では、各需要家の逆潮流電力を計算する際に、逆潮流電力量から蓄電値放電電力量を差し引いた電力量を計算し、その電力量が太陽光発電量よりも多い場合には、太陽光発電量を調整逆潮流電力量とし、少ない場合はそのままの値を調整逆潮流電力量として、集計サーバに送信するものである。

調整逆潮流電力量は、太陽光由来の電力として電力会社が買い取る電力量であり、本来の逆潮流電力量との差分は蓄電値からの放電と考えることができるため、当該需要家における太陽光による売電電力量を把握することができる。

このように、逆潮流電力の内容を集計サーバ側で知ることができるため、電力会社などは、内容に応じた買い取りレートを設置するなどの付加サービスが可能となる。

また、太陽光発電などの自然エネルギー出力の変動を、蓄電池から充放電を行って緩和する手法が提案されているが、夜間電力の充電用に需要家側に設置された蓄電池を活用したシステムを構築することが可能となる。

また、需要家側の計測データを送信する手段は自動検針システムやＡＭＩを活用することも可能である。

その場合、調整逆潮流電力量の計算処理を、需要家側で実施し、逆潮流電力量として、調整逆潮流電力量を送信することで既存の自動検針システムやＡＭＩを変更することなく、確実な太陽光電力の売買が可能となる。

太陽電池の発電量を計測する手段と、蓄電池の充放電量を計測する手段と、需要家の順潮流、逆潮流電力量の計測データとともに電力データ中継局に送信する手段と、電力データ中継局で逆潮流電力量を調整する手段を備え、逆潮流電力量のうち太陽電池の発電量分を推定するために、蓄電池の放電量を差し引き、さらに太陽電池の発電量を超えない分を太陽電池の発電量として判断することができる。

したがって、蓄電池からの充放電を系統安定化に活用しながら、逆潮流電力量のうち太陽電池分を把握することが可能となる。

１０１ 需要家１（第一の需要家）
１０２ 需要家２（第二の需要家）
１０３ 需要家３（第三の需要家）
１０４ 電力データ中継局
１０５ 電力データ集計センタ
１０６，１０７ 通信ネットワーク
１０８ 柱上トランス
１０９ 商用電力系統

Claims (14)

1. 需要家の電力配線から電力系統に供給される逆潮流電力量と、再生可能エネルギー発電機から前記需要家の電力配線に供給される再生可能電力量と、蓄電池から前記需要家の電力配線に供給される蓄電池電力量とを入力する入力部と、前記逆潮流電力量から前記蓄電池電力量を差し引いて演算される電力量が、前記再生可能電力量よりも大きくなった場合に、前記逆潮流電力量は前記再生可能電力量を上限にする電力量演算部を有することを特徴とする電力量演算装置。
2. 請求項１において、前記逆潮流電力量を、前記逆潮流電力量から前記蓄電池電力量を差し引いたものと、前記再生可能電力量を比較し、少ない方を前記逆潮流電力量と推定する電力量演算装置。
3. 請求項１において、前記再生可能エネルギー発電機は太陽光発電機であることを特徴とする電力量演算装置。
4. 請求項３において、前記逆潮流電力量を計測した期間における、需要家内に設置された一つ以上の機器の状態情報を取得する手段を有し、前記機器の状態情報を、前記消費電力量と逆潮流電力量とを関連付けて記録し、送信することを特徴とする電力量演算装置。
5. 請求項４において、前記需要家内に設置された一つ以上の機器の状態情報には、少なくとも一つ以上の分散電源の発電電力量が含まれることを特徴とする電力量演算装置。
6. 請求項５において、前記需要家内に設置された一つ以上の機器の状態情報とは、少なくとも一つ以上の蓄電池の充電電力量と放電電力量が含まれることを特徴とする電力量演算装置。
7. 請求項６に記載の自動検針器において、前記需要家内に設置された一つ以上の機器の状態情報とは、少なくとも一つ以上の蓄電池の充電実施有無と放電実施有無についての情報が含まれることを特徴とする電力量演算装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、前記需要家内に設置された機器が少なくとも一つ以上の分散電源と、一つ以上の蓄電池が含まれることを特徴とする電力量演算装置。
9. 請求項４乃至７のいずれかにおいて、機器の状態情報は、前記逆潮流電力量を計測した期間の情報を記録して送信することを特徴とする電力量演算装置。
10. 請求項４乃至７及び９のいずれかにおいて、逆潮流を計測した期間の、前記機器の状態情報が取得できない場合は、逆潮流電力量をサーバに送信しないことを特徴とする電力量演算装置。
11. 請求項４乃至７及び９に記載の自動検針器において、逆潮流を計測した期間の、前記機器の状態情報が取得できない場合は、逆潮流電力量を０としてサーバに送信することを特徴とする電力量演算装置。
12. 需要家の電力配線から電力系統に供給される逆潮流電力量と、再生可能エネルギー発電機から前記需要家の電力配線に供給される再生可能電力量と、蓄電池から前記需要家の電力配線に供給される蓄電池電力量とをネットワーク経由で受信し、前記受信した逆潮流電力量から前記受信した蓄電池電力量を差し引いて演算される電力量が、前記受信した再生可能電力量よりも大きくなった場合に、前記受信した逆潮流電力量は前記受信した再生可能電力量を上限にする電力量演算機を有することを特徴とする電力量演算サーバ。
13. 需要家の電力配線から電力系統に供給される逆潮流電力量と、再生可能エネルギー発電機から前記需要家の電力配線に供給される再生可能電力量と、蓄電池から前記需要家の電力配線に供給される蓄電池電力量とを送信する需要家サーバと、前記逆潮流電力量、前記再生可能電力量及び前記蓄電池電力量をネットワーク経由で受信し、前記受信した逆潮流電力量から前記受信した蓄電池電力量を差し引いて演算される電力量が、前記受信した再生可能電力量よりも大きくなった場合に、前記受信した逆潮流電力量は前記受信した再生可能電力量を上限にする電力量演算サーバを有することを特徴とする電力量計測システム。
14. 需要家の電力配線から電力系統に供給される逆潮流電力量と、再生可能エネルギー発電機から前記需要家の電力配線に供給される再生可能電力量と、蓄電池から前記需要家の電力配線に供給される蓄電池電力量とから、前記逆潮流電力量から前記蓄電池電力量を差し引いて演算される電力量が、前記再生可能電力量よりも大きくなった場合に、前記逆潮流電力量は前記再生可能電力量を上限にする電力量演算方法。

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