JP5608615B2 - 充電用の電力管理システムおよびその電力管理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、分散型電源を有する低圧系統の電力設備における充電用の電力管理システム（ＥＭＳ：Energy Management System、エネルギーマネジメントシステム）に関する。
近年、地球温暖化でＣＯ２（二酸化炭素）の削減が世界的に叫ばれ、また化石燃料が枯渇しつつあり、原油価格、ガソリン価格が高騰している。それを反映してガソリン車（あるいはディーゼル車）に代わり、二次電池を用いた電気自動車が注目されている。また、二次電池を用いた電車や路面電車なども注目されている。また、昨今の不安定な電力供給状況では、二次電池を用いた無停電電源装置なども注目されている。
ところで、電気自動車が普及するにあたっては、電気自動車を対象とした充電設備の充実と、充電時間の短縮化が重要な課題である。
電気自動車を急速に充電するための急速充電器を備えた充電設備は、急速充電器が必要とする最大電力が電力会社との低圧電力契約の限界電力と概ね同じであるため、従来から電力会社と高圧電力契約をするのが常である。しかしながら高圧電力契約よりは、低圧電力契約の方が、電気自動車の充電設備としては、費用の観点からは望ましい。
ところで、電気自動車が普及するにあたっては、電気自動車を対象とした充電設備の充実と、充電時間の短縮化が重要な課題である。
電気自動車を急速に充電するための急速充電器を備えた充電設備は、急速充電器が必要とする最大電力が電力会社との低圧電力契約の限界電力と概ね同じであるため、従来から電力会社と高圧電力契約をするのが常である。しかしながら高圧電力契約よりは、低圧電力契約の方が、電気自動車の充電設備としては、費用の観点からは望ましい。
低圧電力契約において急速充電を行うための方法としては、特許文献１に記載の技術が提案されている。すなわち、高圧電力を低圧電力に降圧して供給する受電装置からの電力で充電するに際して、双方向インバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータ（Direct Current to Direct Current Converter）と二次電池と、それらを制御する制御コントローラとを備える充電装置を用いることにより、充電に必要な電力の一部を二次電池から供給することで急速充電を実現する充電方法および充電スタンドシステムが提案されている。
特許文献１に開示された技術の充電方法および充電スタンドシステムによれば、低圧電力契約の限界電力を超える電力が必要な急速充電を行う場合、充電装置内に備えてある二次電池から直流電力を放電することにより、低圧電力契約の限界電力の範囲内で、急速充電を行うことができる。
また前記の充電方法および充電スタンドシステムは、複数台の電気自動車に充電を行う場合は、受電装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと二次電池を備えた充電装置を増やすことで実現できる。
特許文献１に開示された技術の充電方法および充電スタンドシステムによれば、低圧電力契約の限界電力を超える電力が必要な急速充電を行う場合、充電装置内に備えてある二次電池から直流電力を放電することにより、低圧電力契約の限界電力の範囲内で、急速充電を行うことができる。
また前記の充電方法および充電スタンドシステムは、複数台の電気自動車に充電を行う場合は、受電装置と、ＤＣ／ＤＣコンバータと二次電池を備えた充電装置を増やすことで実現できる。
しかしながら、特許文献１に開示された技術による充電方法および充電スタンドシステムは、電気自動車に充電する電力が不足した場合に、二次電池に充電されている電力を補助するものであり、受電装置が受電する低圧系統との連系点の電力の量を制御するものではなく、低圧電力契約の限界電力や逆潮流の監視や制御を行えない。
また前記の充電方法および充電スタンドシステムは、充電スタンドに設置する太陽光発電や風力発電の自然エネルギーを用いる分散型電源で発電した電力を利用して充電することはできない。
また前記の充電方法および充電スタンドシステムは、二次電池から出力する直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータから電気自動車へ充電する方式であり、交流電力を入力源とし直流変換して電気自動車へ充電する方式である現在主流の汎用の急速充電器は、適用することができない、という課題がある。
また前記の充電方法および充電スタンドシステムは、充電スタンドに設置する太陽光発電や風力発電の自然エネルギーを用いる分散型電源で発電した電力を利用して充電することはできない。
また前記の充電方法および充電スタンドシステムは、二次電池から出力する直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータから電気自動車へ充電する方式であり、交流電力を入力源とし直流変換して電気自動車へ充電する方式である現在主流の汎用の急速充電器は、適用することができない、という課題がある。
そこで、本発明は、前記の事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、電力契約が低圧電力契約でも適切に急速充電を行える充電用の電力管理システムなどを提供することである。
前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の充電用の電力管理システムは、電力系統から低電圧受電をしている低圧系統の充電用の電力管理システムであって、太陽光発電や風力発電などの分散型電源と、前記分散型電源で発電した直流電力や前記電力系統からの受電電力を蓄電する二次電池と、前記分散型電源と前記二次電池の電力の入出力を制御する２台以上の電力調整装置（ＰＣＳ）と、前記電力系統と前記低圧系統との連系点における電力と電圧を監視し前記電気設備の規定範囲を逸脱しないように２台以上の前記電力調整装置に対して制御を行う電力管理装置（ＥＭＳ）と、交流電力を入力源とし直流変換して二次電池搭載機器へ充電する急速充電器と、を備え、前記電力調整装置が制御する前記二次電池に蓄電された電力のうち前記低圧系統から受電して充電した電力の割合に応じて、前記電力管理装置が前記低圧系統から受電する優先順位を判断し、当該優先順位に応じて前記電力管理装置が各々の前記電力調整装置への指令値を送り電力を分配することを特徴とする。
すなわち、本発明の充電用の電力管理システムは、電力系統から低電圧受電をしている低圧系統の充電用の電力管理システムであって、太陽光発電や風力発電などの分散型電源と、前記分散型電源で発電した直流電力や前記電力系統からの受電電力を蓄電する二次電池と、前記分散型電源と前記二次電池の電力の入出力を制御する２台以上の電力調整装置（ＰＣＳ）と、前記電力系統と前記低圧系統との連系点における電力と電圧を監視し前記電気設備の規定範囲を逸脱しないように２台以上の前記電力調整装置に対して制御を行う電力管理装置（ＥＭＳ）と、交流電力を入力源とし直流変換して二次電池搭載機器へ充電する急速充電器と、を備え、前記電力調整装置が制御する前記二次電池に蓄電された電力のうち前記低圧系統から受電して充電した電力の割合に応じて、前記電力管理装置が前記低圧系統から受電する優先順位を判断し、当該優先順位に応じて前記電力管理装置が各々の前記電力調整装置への指令値を送り電力を分配することを特徴とする。
以上、本発明によれば、電力契約が低圧電力契約でも適切に急速充電を行える充電用の電力管理システムなどを提供できる。
以下に本願の発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称す）を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を次に説明する。まず、第１実施形態の低圧系統の電力設備の概略の構成を示し、その電力設備における各装置、各機器などを説明し、その後、機能・動作について説明する。なお、二次電池搭載機器としての電気自動車を例示して説明するが、本発明は、鉄道、船舶、バックアップ用の電源など、あらゆる用途に適用できるものである。
本発明の第１実施形態を次に説明する。まず、第１実施形態の低圧系統の電力設備の概略の構成を示し、その電力設備における各装置、各機器などを説明し、その後、機能・動作について説明する。なお、二次電池搭載機器としての電気自動車を例示して説明するが、本発明は、鉄道、船舶、バックアップ用の電源など、あらゆる用途に適用できるものである。
＜低圧系統の電力設備の概略の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態の充電用の電力管理システム（ＥＭＳ制御方式）に係る低圧系統の電力設備の概略の構成を示す図である。低圧系統の電力設備は、電気自動車（二次電池搭載機器）を充電する充電スタンドを想定している。なお、以下の説明は、充電用の電力管理システムの説明と、それに係る装置の説明を兼ねている。
図１において、電力会社の配備する低圧の電圧である略２００Ｖ（２１０Ｖ）との連系点２０１は、配電線２０２を介して、計測機器２１０と、ＰＣＳ（Power Conditioner System、パワーコンディショナー、電力調整装置）３００Ａ、３００Ｂと、急速充電器４００Ｃ、４００Ｄと、普通充電器４１０と、設備負荷５００にそれぞれ接続されている。
なお、以上の機器と、電力管理装置である後記するＥＭＳ１００、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂ、二次電池３２０Ａ、３２０Ｂとを併せて低圧系統の電力設備とする。
図１は、本発明の第１実施形態の充電用の電力管理システム（ＥＭＳ制御方式）に係る低圧系統の電力設備の概略の構成を示す図である。低圧系統の電力設備は、電気自動車（二次電池搭載機器）を充電する充電スタンドを想定している。なお、以下の説明は、充電用の電力管理システムの説明と、それに係る装置の説明を兼ねている。
図１において、電力会社の配備する低圧の電圧である略２００Ｖ（２１０Ｖ）との連系点２０１は、配電線２０２を介して、計測機器２１０と、ＰＣＳ（Power Conditioner System、パワーコンディショナー、電力調整装置）３００Ａ、３００Ｂと、急速充電器４００Ｃ、４００Ｄと、普通充電器４１０と、設備負荷５００にそれぞれ接続されている。
なお、以上の機器と、電力管理装置である後記するＥＭＳ１００、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂ、二次電池３２０Ａ、３２０Ｂとを併せて低圧系統の電力設備とする。
ＰＣＳ３００Ａには、分散型電源３１０Ａと、二次電池３２０Ａが接続され、また、ＰＣＳ３００Ｂには、分散型電源３１０Ｂと、二次電池３２０Ｂが接続されている。
急速充電器４００Ｃには、電気自動車６００Ｃが接続され、また、急速充電器４００Ｄには、電気自動車６００Ｄが接続されている。
普通充電器４１０には電気自動車６００Ｅが接続されている。
また、ＥＭＳ（電力管理装置）１００は計測機器２１０の電気信号を受けて、ＰＣＳ３００ＡとＰＣＳ３００Ｂを制御するように接続されている。
急速充電器４００Ｃには、電気自動車６００Ｃが接続され、また、急速充電器４００Ｄには、電気自動車６００Ｄが接続されている。
普通充電器４１０には電気自動車６００Ｅが接続されている。
また、ＥＭＳ（電力管理装置）１００は計測機器２１０の電気信号を受けて、ＰＣＳ３００ＡとＰＣＳ３００Ｂを制御するように接続されている。
≪急速充電装置について≫
急速充電器４００Ｃは、配電線２０２の略２００Ｖの交流電力を入力源として、直流電力に変換し、電気自動車６００Ｃに直流電力（直流電圧）を供給する。この供給された直流電力は電気自動車６００Ｃに備えられた蓄電池（不図示）に供給される。この蓄電池（不図示）に急速充電器４００Ｃから供給される直流電力の直流電圧は、蓄電池（不図示）の出力電圧よりは、かなり高い電圧で印加されるので、蓄電池（不図示）は急速に充電される。充電時間は概ね３０分である。
なお、以上において、急速充電器４００Ｃと電気自動車６００Ｃとの関連で説明したが、急速充電器４００Ｄと電気自動車６００Ｄとの関連についても同様である。
急速充電器４００Ｃは、配電線２０２の略２００Ｖの交流電力を入力源として、直流電力に変換し、電気自動車６００Ｃに直流電力（直流電圧）を供給する。この供給された直流電力は電気自動車６００Ｃに備えられた蓄電池（不図示）に供給される。この蓄電池（不図示）に急速充電器４００Ｃから供給される直流電力の直流電圧は、蓄電池（不図示）の出力電圧よりは、かなり高い電圧で印加されるので、蓄電池（不図示）は急速に充電される。充電時間は概ね３０分である。
なお、以上において、急速充電器４００Ｃと電気自動車６００Ｃとの関連で説明したが、急速充電器４００Ｄと電気自動車６００Ｄとの関連についても同様である。
なお、図４は、急速充電器４００（４００Ｃ、４００Ｄ、図１）の概略の構成の一例を示す図である（図２、図３については後記する）。
図４において、急速充電器４００は、開閉器（電磁開閉器）４２、コンバータ４３、高周波インバータ４４、昇圧トランス４５、整流器４６を備えて構成される。三相交流電源（配電線２０２（図１）にから）は、入力端子４１を介して急速充電器４００のなかの開閉器４２を通りコンバータ４３に入力する。コンバータ４３は、三相交流電力（交流電圧は略ＡＣ２００Ｖ）を直流電力に変換する。高周波インバータ４４は、コンバータ４３の出力した直流電力を入力して、高周波交流（電力、電圧）に変換する。昇圧トランス４５は、高周波インバータ４４の出力した高周波交流（電力、電圧）を昇圧する。なお、昇圧トランス４５は、入力側（４１）と出力側（４７）とを直流的に絶縁する機能も果たしている。整流器４６は、昇圧トランス４５によって昇圧された高周波交流（電力、電圧）を整流して、直流電力を直流出力４７から出力する。出力された直流電力は、充電コネクタケーブル（不図示）を介して電気自動車（６００Ｃ、６００Ｄ、図１）の蓄電池（不図示）に供給される。
図４において、急速充電器４００は、開閉器（電磁開閉器）４２、コンバータ４３、高周波インバータ４４、昇圧トランス４５、整流器４６を備えて構成される。三相交流電源（配電線２０２（図１）にから）は、入力端子４１を介して急速充電器４００のなかの開閉器４２を通りコンバータ４３に入力する。コンバータ４３は、三相交流電力（交流電圧は略ＡＣ２００Ｖ）を直流電力に変換する。高周波インバータ４４は、コンバータ４３の出力した直流電力を入力して、高周波交流（電力、電圧）に変換する。昇圧トランス４５は、高周波インバータ４４の出力した高周波交流（電力、電圧）を昇圧する。なお、昇圧トランス４５は、入力側（４１）と出力側（４７）とを直流的に絶縁する機能も果たしている。整流器４６は、昇圧トランス４５によって昇圧された高周波交流（電力、電圧）を整流して、直流電力を直流出力４７から出力する。出力された直流電力は、充電コネクタケーブル（不図示）を介して電気自動車（６００Ｃ、６００Ｄ、図１）の蓄電池（不図示）に供給される。
≪普通充電装置、設備負荷について≫
普通充電器４１０は、配電線２０２の略２００Ｖの交流電力を入力源として、所望の交流電圧の交流電力を電気自動車６００Ｅに供給する。電気自動車６００Ｅは、電気自動車６００Ｅに備えられた電力変換器（不図示）により、交流電力を直流電力に変換し、電気自動車６００Ｅに備えられた蓄電池（不図示）に供給される。
交流電力から直流電力への変換をする電力変換器は、前記したように電気自動車６００Ｅの限られたスペースに備えられるので、変換能力と電流容量とがあまり高いものは設置できない。したがって、入力源の交流電力の交流電圧が略２００Ｖの場合は、充電時間は概ね８時間である。また、交流電圧が略１００Ｖの場合は、充電時間は概ね１６時間である
普通充電器４１０は、配電線２０２の略２００Ｖの交流電力を入力源として、所望の交流電圧の交流電力を電気自動車６００Ｅに供給する。電気自動車６００Ｅは、電気自動車６００Ｅに備えられた電力変換器（不図示）により、交流電力を直流電力に変換し、電気自動車６００Ｅに備えられた蓄電池（不図示）に供給される。
交流電力から直流電力への変換をする電力変換器は、前記したように電気自動車６００Ｅの限られたスペースに備えられるので、変換能力と電流容量とがあまり高いものは設置できない。したがって、入力源の交流電力の交流電圧が略２００Ｖの場合は、充電時間は概ね８時間である。また、交流電圧が略１００Ｖの場合は、充電時間は概ね１６時間である
設備負荷５００は、低圧系統の電力設備（電気自動車を充電する充電スタンド）内で使用する照明や機器動作のために電力を消費する設備の電気に係る負荷である。配電線２０２の略２００Ｖの交流電力から電力を入力してエネルギー源として用いている。また、交流電力の交流電圧として略１００Ｖを用いる場合もある。
なお、図１において、設備負荷５００は１つのブロックとして表記されているが、必ずしもひとつの設備としての負荷とは限らない。複数の設備の負荷を併せて、ひとつの集合体としての設備負荷５００として表記することもある。
なお、図１において、設備負荷５００は１つのブロックとして表記されているが、必ずしもひとつの設備としての負荷とは限らない。複数の設備の負荷を併せて、ひとつの集合体としての設備負荷５００として表記することもある。
≪分散型電源、二次電池について≫
分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂは、太陽光発電装置や風力発電装置であり、低圧系統の電力設備内で備えられている。分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂで発電された電力は低圧系統の電力設備内で消費される。
分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂは、太陽光（太陽光発電装置の場合）や風力（風力発電装置の場合）などの自然エネルギーにより発電するので、自然任せとなり発電量のばらつきが大きい。そのため、そのまま連系点２０１以下の低圧電力系統である配電線２０２に出力した場合、低圧電力系統の電力のばらつきの要因となってしまう。したがって、配電線２０２にＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂを介して発電電力を供給する。
また、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂの発電量が大きく、急速充電器４００Ｃ、４００Ｄと普通充電器４１０と設備負荷５００だけで消費できない場合は、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂを介して後記する二次電池３２０Ａ、３２０Ｂに充電する。
分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂは、太陽光発電装置や風力発電装置であり、低圧系統の電力設備内で備えられている。分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂで発電された電力は低圧系統の電力設備内で消費される。
分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂは、太陽光（太陽光発電装置の場合）や風力（風力発電装置の場合）などの自然エネルギーにより発電するので、自然任せとなり発電量のばらつきが大きい。そのため、そのまま連系点２０１以下の低圧電力系統である配電線２０２に出力した場合、低圧電力系統の電力のばらつきの要因となってしまう。したがって、配電線２０２にＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂを介して発電電力を供給する。
また、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂの発電量が大きく、急速充電器４００Ｃ、４００Ｄと普通充電器４１０と設備負荷５００だけで消費できない場合は、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂを介して後記する二次電池３２０Ａ、３２０Ｂに充電する。
二次電池３２０Ａ、３２０Ｂは、リチュウム電池や鉛電池で構成され、連系点２０１からの受電電力や分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂの発電電力によって充電される。
また、状況に応じて、後記するＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの制御により放電して低圧系統の電力設備内の電力消費を補う。
また、状況に応じて、後記するＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの制御により放電して低圧系統の電力設備内の電力消費を補う。
低圧系統の電力設備は、電力会社と所定の電力量の低圧電力契約をしている。したがって、契約を超えた電力量を連系点２０１から得ることはできない。
前記したように急速充電器４００Ｃ（４００Ｄ）は、普通充電器４１０では数時間を必要とする電気自動車６００Ｃ（６００Ｄ）への充電を、短時間で充電することができるが大量の電力を必要とし、その電力は前記の低圧電力契約の限界電力に匹敵する。
そのため、急速充電器４００Ｃと普通充電器４１０や設備負荷５００や他の急速充電器４００Ｄの同時使用は、低圧電力契約の限界電力を超えてしまうため、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂと二次電池３２０Ａ、３２０Ｂから必要な量の電力を受給する。
なお、使い方によっては、二次電池を分散型電源の範疇にいれる分類の仕方もあるが、ここでは、二次電池は分散型電源には分類されないとして説明した。
前記したように急速充電器４００Ｃ（４００Ｄ）は、普通充電器４１０では数時間を必要とする電気自動車６００Ｃ（６００Ｄ）への充電を、短時間で充電することができるが大量の電力を必要とし、その電力は前記の低圧電力契約の限界電力に匹敵する。
そのため、急速充電器４００Ｃと普通充電器４１０や設備負荷５００や他の急速充電器４００Ｄの同時使用は、低圧電力契約の限界電力を超えてしまうため、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂと二次電池３２０Ａ、３２０Ｂから必要な量の電力を受給する。
なお、使い方によっては、二次電池を分散型電源の範疇にいれる分類の仕方もあるが、ここでは、二次電池は分散型電源には分類されないとして説明した。
≪ＥＭＳ、ＰＣＳ、計測機器について≫
低圧系統の電力設備において、電力の需要と供給を制御するＥＭＳ、ＰＣＳ、計測機器について、説明する。
計測機器２１０は、連系点２０１における電力と電圧の大きさと電力量を測定する。
ＥＭＳ１００は、計測機器２１０が計測した電力と電圧を監視し、所定の範囲におさまるようにＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの制御を行う。
ＰＣＳ３００Ａは、ＥＭＳ１００からの制御指令に基づき分散型電源３１０Ａと二次電池３２０Ａの電力の入出力を制御する
ＰＣＳ３００Ｂは、ＥＭＳ１００からの制御指令に基づき分散型電源３１０Ｂと二次電池３２０Ｂの電力の入出力を制御する
また、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂは、連系点２０１から受電した配電線２０２の交流電力を二次電池３２０Ａ、３２０Ｂに供給する場合は、交流電力を直流電力に変換する。また、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂや二次電池３２０Ａ、３２０Ｂの直流電力を配電線２０２に戻す場合には、直流電力を交流電力に変換する。
低圧系統の電力設備において、電力の需要と供給を制御するＥＭＳ、ＰＣＳ、計測機器について、説明する。
計測機器２１０は、連系点２０１における電力と電圧の大きさと電力量を測定する。
ＥＭＳ１００は、計測機器２１０が計測した電力と電圧を監視し、所定の範囲におさまるようにＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの制御を行う。
ＰＣＳ３００Ａは、ＥＭＳ１００からの制御指令に基づき分散型電源３１０Ａと二次電池３２０Ａの電力の入出力を制御する
ＰＣＳ３００Ｂは、ＥＭＳ１００からの制御指令に基づき分散型電源３１０Ｂと二次電池３２０Ｂの電力の入出力を制御する
また、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂは、連系点２０１から受電した配電線２０２の交流電力を二次電池３２０Ａ、３２０Ｂに供給する場合は、交流電力を直流電力に変換する。また、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂや二次電池３２０Ａ、３２０Ｂの直流電力を配電線２０２に戻す場合には、直流電力を交流電力に変換する。
前記したように、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂは、太陽光や風力などの自然エネルギーにより発電することができる太陽光発電装置や風力発電装置であるが、自然任せによるため、発電量のばらつきが大きい。したがって、そのまま連系点２０１につながる配電線２０２の低圧電力系統に出力した場合、低圧電力系統の電力のばらつきの要因となってしまう。
そのため、ＥＭＳ１００は、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの出力端に対する有効電力および無効電力の入出力電力を、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂへ指令値として送信する。
また、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂは、ＥＭＳ１００からの指令値に従い、有効電力および無効電力をＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの出力端から出力し、低圧電力系統の電力のばらつきを抑制する。
そのため、ＥＭＳ１００は、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの出力端に対する有効電力および無効電力の入出力電力を、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂへ指令値として送信する。
また、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂは、ＥＭＳ１００からの指令値に従い、有効電力および無効電力をＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの出力端から出力し、低圧電力系統の電力のばらつきを抑制する。
ＰＣＳ３００Ａ（３００Ｂ）は、上記のＥＭＳ１００からＰＣＳ３００Ａ（３００Ｂ）への指令値と、分散型電源３１０Ａ（３１０Ｂ）の発電電力の電力状態と、二次電池３２０Ａ（３２０Ｂ）の電力状態とを判断し、二次電池３２０Ａ（３２０Ｂ）の充放電を自動制御する。
前記のＰＣＳ３００Ａ（３００Ｂ）が行う二次電池３２０Ａ（３２０Ｂ）の充電において、分散型電源３１０Ａ（３１０Ｂ）の発電電力が指令値に満たない場合は、自動的に連系点２０１から配電線２０２を介して電力を受電し、二次電池３２０Ａ（３２０Ｂ）へ充電を行う。
また、前記したように急速充電器４００Ｃ（４００Ｄ）は、大量の電力を必要とし、急速充電器４００Ｃ（４００Ｄ）と普通充電器４１０や設備負荷５００や他の急速充電器４００Ｄ（４００Ｃ）の同時使用は低圧電力契約の限界電力を超えてしまうため、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂと二次電池３２０Ａ、３２０Ｂから必要な量の電力を供給する。
以上の制御をＥＭＳ１００、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂが連携して行う。
前記のＰＣＳ３００Ａ（３００Ｂ）が行う二次電池３２０Ａ（３２０Ｂ）の充電において、分散型電源３１０Ａ（３１０Ｂ）の発電電力が指令値に満たない場合は、自動的に連系点２０１から配電線２０２を介して電力を受電し、二次電池３２０Ａ（３２０Ｂ）へ充電を行う。
また、前記したように急速充電器４００Ｃ（４００Ｄ）は、大量の電力を必要とし、急速充電器４００Ｃ（４００Ｄ）と普通充電器４１０や設備負荷５００や他の急速充電器４００Ｄ（４００Ｃ）の同時使用は低圧電力契約の限界電力を超えてしまうため、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂと二次電池３２０Ａ、３２０Ｂから必要な量の電力を供給する。
以上の制御をＥＭＳ１００、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂが連携して行う。
≪ＥＭＳ、ＰＣＳの詳細な動作について≫
次に、以上のＥＭＳ１００、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの動作について、より詳しく説明する。
ＥＭＳ１００は、連系点２０１における電力の量と電圧の大きさを常時測定している計測機器２１０の測定値を、１秒以下の間隔で周期的に取得する。
また、ＥＭＳ１００は、低圧電力契約の限界電力を超えないように定めた電力上限値と、逆潮流を起こさないように定めた電力下限値との範囲内に、計測機器２１０から取得した電力計測値が入っているか否かを監視する。
次に、以上のＥＭＳ１００、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの動作について、より詳しく説明する。
ＥＭＳ１００は、連系点２０１における電力の量と電圧の大きさを常時測定している計測機器２１０の測定値を、１秒以下の間隔で周期的に取得する。
また、ＥＭＳ１００は、低圧電力契約の限界電力を超えないように定めた電力上限値と、逆潮流を起こさないように定めた電力下限値との範囲内に、計測機器２１０から取得した電力計測値が入っているか否かを監視する。
また、ＥＭＳ１００は、電力会社との契約で定められている電圧上限値と電圧下限値との範囲内に、計測機器２１０から取得した電圧計測値が入っているかどうかを監視する。
また、ＥＭＳ１００は、計測機器２１０から取得した電力計測値が低圧電力契約の限界電力を超えないように定めた電力上限値を超えた場合、即座に電力計測値と電力上限値との差分を計算し、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂに対する有効電力の制御指令値に、前記の差分を反映させてＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂへ送信する。
また、ＥＭＳ１００は、計測機器２１０から取得した電力計測値が低圧電力契約の限界電力を超えないように定めた電力上限値を超えた場合、即座に電力計測値と電力上限値との差分を計算し、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂに対する有効電力の制御指令値に、前記の差分を反映させてＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂへ送信する。
ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂは、ＥＭＳ１００から受信した有効電力または無効電力の制御指令値に従って有効電力または無効電力の入出力を行う。
また、その結果として計測機器２１０から取得した計測値が、電力または電圧の上下限値の範囲内に復帰しているかをＥＭＳ１００が監視する。
また、その際、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂは、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂの発電量を優先的に利用し、余剰分がある場合には二次電池３２０Ａ、３２０Ｂに充電し、不足分がある場合には二次電池３２０Ａ、３２０Ｂから放電する。
また、その結果として計測機器２１０から取得した計測値が、電力または電圧の上下限値の範囲内に復帰しているかをＥＭＳ１００が監視する。
また、その際、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂは、分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂの発電量を優先的に利用し、余剰分がある場合には二次電池３２０Ａ、３２０Ｂに充電し、不足分がある場合には二次電池３２０Ａ、３２０Ｂから放電する。
ＥＭＳ１００は、計測機器２１０から取得した電力計測値が逆潮流（低圧系統の分散型電源３１０Ａ、３１０Ｂから連系点２０１を介して電力会社の電力系統への電力供給）を起こさないように定めた電力下限値を下回った場合、即座に電力計測値と電力下限値との差分を計算し、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂに対する有効電力の制御指令値に、前記の差分を反映させてＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂへ送信する。
ＥＭＳ１００は、計測機器２１０から取得した電圧計測値が電力会社との契約で定められている電圧上限値と電圧下限値との範囲内から逸脱した場合、低圧系統解析を行い最適な無効電力を計算し、ＰＣＳ３００に対する無効電力の制御指令値に、前記の計算値を反映させてＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂへ送信する。
ＥＭＳ１００は、計測機器２１０から取得した電圧計測値が電力会社との契約で定められている電圧上限値と電圧下限値との範囲内から逸脱した場合、低圧系統解析を行い最適な無効電力を計算し、ＰＣＳ３００に対する無効電力の制御指令値に、前記の計算値を反映させてＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂへ送信する。
ＰＣＳ３００Ａ（３００Ｂ）が２台もしくは３台以上存在する場合、ＥＭＳ１００は、二次電池３２０に蓄電された電力のうち低圧電力系統から受電して充電した電力の割合に応じて優先順位を判断し、優先順位に応じてＰＣＳ３００Ａ（３００Ｂ）を含めた各々への指令値を送り、電力を配分する。
図３は、ＥＭＳ１００の構成の概要の示した図である（図２については、後記する）。
図３に示すように、ＥＭＳ１００は、汎用ＰＣ（Personal Computer）のサーバ７１とＰＬＣ（Programmable Logic Controller、プログラマブル論理制御器）７２とを備えて構成される。
汎用ＰＣのサーバ７１は、連系点２０１や低圧電力系統の様々なポイントの監視のみならず、最適アルゴリズムを有していて、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの電力配分や、作動時期などの高度の計画の計算や処理を行っている。しかしながら、これらの最適計画の処理に占有されて、連系点２０１の監視に余裕がない場合がある。
図３に示すように、ＥＭＳ１００は、汎用ＰＣ（Personal Computer）のサーバ７１とＰＬＣ（Programmable Logic Controller、プログラマブル論理制御器）７２とを備えて構成される。
汎用ＰＣのサーバ７１は、連系点２０１や低圧電力系統の様々なポイントの監視のみならず、最適アルゴリズムを有していて、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂの電力配分や、作動時期などの高度の計画の計算や処理を行っている。しかしながら、これらの最適計画の処理に占有されて、連系点２０１の監視に余裕がない場合がある。
このような場合に、連系点２０１の潮流の監視において、逸脱が起きた際に、まず高速の処理能力のあるＰＬＣ７２が低圧電力系統の様々な情報を収集して計算を行い、一時的に対処して逸脱状態を回避する。このようなＰＬＣ７２との連係によって、汎用ＰＣのサーバ７１のみでは対処できないような高速処理がＥＭＳ１００として可能となり、素早い対応ができる。
このようにＥＭＳ１００が汎用ＰＣのサーバ７１のみならずＰＬＣ７２を備えることによって、前記したような１秒以下の周期の対応が可能となる。
このようにＥＭＳ１００が汎用ＰＣのサーバ７１のみならずＰＬＣ７２を備えることによって、前記したような１秒以下の周期の対応が可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について述べる。
図２は、本発明の第２実施形態の充電用の電力管理システムに係る低圧系統の電力設備の概略の構成を示す図である。
図２の低圧系統の電力設備の構成において、図１の低圧系統の電力設備の構成と異なるのは、分散型電源３１１Ａがさらに備えられ、ＰＣＳ３００Ａが制御する分散型電源が分散型電源３１０Ａと分散型電源３１１Ａの２台となったことである。また、急速充電器４００Ｅがさらに備えられ、配電線２０２に接続された急速充電器は、急速充電器４００Ｃ、４００Ｄ、４００Ｅの３台となっている。
一方、図２においては、図１においては備えられていた普通充電器４１０と設備負荷５００がない。
次に、本発明の第２実施形態について述べる。
図２は、本発明の第２実施形態の充電用の電力管理システムに係る低圧系統の電力設備の概略の構成を示す図である。
図２の低圧系統の電力設備の構成において、図１の低圧系統の電力設備の構成と異なるのは、分散型電源３１１Ａがさらに備えられ、ＰＣＳ３００Ａが制御する分散型電源が分散型電源３１０Ａと分散型電源３１１Ａの２台となったことである。また、急速充電器４００Ｅがさらに備えられ、配電線２０２に接続された急速充電器は、急速充電器４００Ｃ、４００Ｄ、４００Ｅの３台となっている。
一方、図２においては、図１においては備えられていた普通充電器４１０と設備負荷５００がない。
図２の第２実施形態は、ＰＣＳ３００Ａのもとに太陽光発電装置である分散型電源３１０Ａと分散型電源３１１Ａの２台の分散型電源があることを示している。
また、ＰＣＳ３００Ａは、２台の分散型電源３１０Ａ、３１１Ａと二次電池３２０Ａの電力の入出力を制御する。つまりＰＣＳ３００Ａは１台のみならず２台（複数台）の分散型電源を制御する（できる）ことを示している。
なお、分散型電源３１０Ａと分散型電源３１１Ａがともに風力発電装置でもよい。
また、ＰＣＳ３００Ａは、２台の分散型電源３１０Ａ、３１１Ａと二次電池３２０Ａの電力の入出力を制御する。つまりＰＣＳ３００Ａは１台のみならず２台（複数台）の分散型電源を制御する（できる）ことを示している。
なお、分散型電源３１０Ａと分散型電源３１１Ａがともに風力発電装置でもよい。
また、図２の第２実施形態は、配電線２０２に接続された急速充電器は、急速充電器４００Ｃ、４００Ｄ、４００Ｅの３台でもよいことを示している。なお、急速充電器は４台以上でもよい。
また、図２の第２実施形態は、普通充電器４１０と設備負荷５００がなく、充電スタンドとしての低圧系統の電力設備において、急速充電器４００Ｃ、４００Ｄ、４００Ｅの存在が重要な機器であり、普通充電器４１０と設備負荷５００は必須要素ではないことを示している。
以上のように、分散型電源や急速充電器の台数が変わっても、ＥＭＳ１００は、ＰＣＳ３００Ａ、３００Ｂと連携をとって、制御できることを示している。
なお、図２の低圧系統の電力設備の他の機器、装置は図１と同じ構成である。したがって、分散型電源３１１Ａと急速充電器４００Ｅ以外の機器、装置の説明は重複するので省略する。
（その他の実施形態）
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。前記の実施形態に示す複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。すなわち前記の実施形態に示す全構成要素から幾つかの構成要素を削除したり、構成要素を複数組み合わせたりすることができる。
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。前記の実施形態に示す複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。すなわち前記の実施形態に示す全構成要素から幾つかの構成要素を削除したり、構成要素を複数組み合わせたりすることができる。
図１、図２において、ＰＣＳ３００Ａのもとには１台、もしくは２台の分散型電源（３１０Ａ、３１１Ａ）であるが、３台以上でもよい。また、太陽光発電装置と風力発電装置との異なるタイプの分散型電源がひとつのＰＣＳ３００Ａのもとに混在していてもよい。
また、ＰＣＳ３００Ｂのもとに複数台の分散型電源を備えてもよい。
また、ＰＣＳが２台（３００Ａ、３００Ｂ）の場合を図示しているが、１台でもよく、また３台以上であってもよい。
また、ＰＣＳ３００Ｂのもとに複数台の分散型電源を備えてもよい。
また、ＰＣＳが２台（３００Ａ、３００Ｂ）の場合を図示しているが、１台でもよく、また３台以上であってもよい。
また、図１において、二次電池３２０Ａ、３２０Ｂとしてリチューム電池、鉛電池の例をあげたが、他の型の二次電池であってもよい。また、二次電池３２０Ａはリチューム電池で、二次電池３２０Ｂは鉛電池というように、異なるＰＣＳのもとに異なる型の二次電池を組み合わせて用いてもよい。
また、連系点２０１の電圧を略２００Ｖ（２１０Ｖ）として説明したが、略２００Ｖには限定されない。略１００Ｖでも、他の所定の電圧でもよい。
また、図１の低圧系統の電力設備は、電気自動車を充電する充電スタンドを想定しているが、必ずしも電気自動車の専用の充電スタンドとは限らない。ガソリンスタンドに併設された充電スタンドでもよく、またコンビニやショッピングモールに設置された充電スタンドでもよい。
また、図１において、電気自動車６００Ｃ、６００Ｄ、６００Ｅを充電する例をあげたが、電気自動車とは限らない。例えば、プラグインハイブリッド車のように、駆動用の二次電池を搭載している車両であってもよい。
また、車両に限らず比較的に大容量の二次電池を所定の時間内に急速に充電することが望ましい機器であってもよい。例えば、電気料金の相対的に安い夜間に充電し、昼間に放電させて使用する充電器、あるいは、災害時などにおける停電対策用の二次電池を備えた大容量発電機などを対象として、充電する際に使用してもよい。
前記の充電器が家庭用であれば、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）として、ビルやマンションであれば、ＢＥＭＳ(Bill Energy Management System)として、本発明の電力管理システム（ＥＭＳ）が適用できる。
また、前記の充電器や大容量発電機が工場用であれば、ＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）として、本発明の電力管理システム（ＥＭＳ）が適用できる。
前記の充電器が家庭用であれば、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）として、ビルやマンションであれば、ＢＥＭＳ(Bill Energy Management System)として、本発明の電力管理システム（ＥＭＳ）が適用できる。
また、前記の充電器や大容量発電機が工場用であれば、ＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）として、本発明の電力管理システム（ＥＭＳ）が適用できる。
（本発明、本実施形態の補足）
充電スタンドシステムにおいては、前述したように、従来は高圧電力契約をすることが多かった。しかしながら、高圧電力契約をして、高圧電力による受電をすると、高圧を低圧に変換する変圧器の設備を充電スタンドシステム（需要者）側が設置する必要がある。また、高圧を扱うために充電スタンドシステム（需要者）側が電気主任技術者（管理者）をおく必要がある。
したがって、低圧電力契約で充電スタンドシステムが運営できるならば初期投資や人件費の負担が軽減される。
また低圧電力契約での電力量の上限値は、所定の値に定められているので、低圧電力契約のまま、電力量を限りなく増大させることはできない。
充電スタンドシステムにおいては、前述したように、従来は高圧電力契約をすることが多かった。しかしながら、高圧電力契約をして、高圧電力による受電をすると、高圧を低圧に変換する変圧器の設備を充電スタンドシステム（需要者）側が設置する必要がある。また、高圧を扱うために充電スタンドシステム（需要者）側が電気主任技術者（管理者）をおく必要がある。
したがって、低圧電力契約で充電スタンドシステムが運営できるならば初期投資や人件費の負担が軽減される。
また低圧電力契約での電力量の上限値は、所定の値に定められているので、低圧電力契約のまま、電力量を限りなく増大させることはできない。
本実施形態によれば、電力会社との電力契約は低圧電力契約で済み、低圧電力契約の限界電力を超えたり逆潮流を発生させたりすることなく、自然エネルギーの分散型電源や二次電池を効率的に利用することができ、現在主流となっている汎用の急速充電器や普通充電器を改造することなくそのまま複数台を配備することができる。
１００ ＥＭＳ（電力管理装置）
２０１ 連系点
２０２ 配電線
２１０ 計測機器
３００Ａ、３００Ｂ ＰＣＳ（電力調整装置）
３１０Ａ、３１０Ｂ、３１１Ａ 分散型電源
３２０Ａ、３２０Ｂ 二次電池
４１ 入力端子
４２ 開閉器（電磁開閉器）
４３ コンバータ
４４ 高周波インバータ
４５ 昇圧トランス
４６ 整流器
４７ 直流出力
４００、４００Ｃ、４００Ｄ、４００Ｅ 急速充電器
４１０ 普通充電器
５００ 設備負荷
６００Ｃ、６００Ｄ、６００Ｅ 電気自動車（二次電池搭載機器）
７１ 汎用ＰＣのサーバ
７２ ＰＬＣ（プログラマブル論理制御器）
２０１ 連系点
２０２ 配電線
２１０ 計測機器
３００Ａ、３００Ｂ ＰＣＳ（電力調整装置）
３１０Ａ、３１０Ｂ、３１１Ａ 分散型電源
３２０Ａ、３２０Ｂ 二次電池
４１ 入力端子
４２ 開閉器（電磁開閉器）
４３ コンバータ
４４ 高周波インバータ
４５ 昇圧トランス
４６ 整流器
４７ 直流出力
４００、４００Ｃ、４００Ｄ、４００Ｅ 急速充電器
４１０ 普通充電器
５００ 設備負荷
６００Ｃ、６００Ｄ、６００Ｅ 電気自動車（二次電池搭載機器）
７１ 汎用ＰＣのサーバ
７２ ＰＬＣ（プログラマブル論理制御器）
Claims (9)
- 電力系統から低電圧受電をしている低圧系統の充電用の電力管理システムであって、
太陽光発電や風力発電などの分散型電源と、
前記分散型電源で発電した直流電力や前記電力系統からの受電電力を蓄電する二次電池と、
前記分散型電源と前記二次電池の電力の入出力を制御する２台以上の電力調整装置と、
前記電力系統と前記低圧系統との連系点における電力と電圧を監視し前記電気設備の規定範囲を逸脱しないように２台以上の前記電力調整装置に対して制御を行う電力管理装置と、
交流電力を入力源とし直流変換して二次電池搭載機器へ充電する急速充電器と、
を備え、
前記電力調整装置が制御する前記二次電池に蓄電された電力のうち前記低圧系統から受電して充電した電力の割合に応じて、前記電力管理装置が前記低圧系統から受電する優先順位を判断し、当該優先順位に応じて前記電力管理装置が各々の前記電力調整装置への指令値を送り電力を分配することを特徴とする充電用の電力管理システム。 - 前記充電用の電力管理システムが、
さらに、
二次電池搭載機器に所定の電圧の交流電力で充電する普通充電器と、
前記低圧系統の電力設備内で使用する照明や機器動作のために電力を消費する設備負荷と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の充電用の電力管理システム。 - 前記二次電池搭載機器が乗り物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の充電用の電力管理システム。
- 前記電力管理装置が、前記連系点における電力の測定値を１秒以下の間隔で周期的に取得し、前記電力の測定値が予め定められた電力上下限値の範囲内に入っているか否かを監視し、前記電力上下限値の範囲を逸脱した場合、所定の時間内に電力計測値と電力上下限値との差分を計算し、該差分を反映させた制御指令値を前記電力調整装置へ送信することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の充電用の電力管理システム。
- 前記電力管理装置が、前記連系点における電圧の測定値を１秒以下の間隔で周期的に取得し、前記電圧の測定値が予め定められた電圧上下限値の範囲内に入っているか否かを監視し、前記電圧上下限値の範囲を逸脱した場合、所定の時間内に低圧系統解析を行い最適な無効電力を計算し、該計算の結果を反映させた制御指令値を前記電力調整装置へ送信することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の充電用の電力管理システム。
- 前記電力管理装置がプログラマブル論理制御器を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の充電用の電力管理システム。
- 電力系統から低電圧受電をしている低圧系統の充電用の電力管理システムにおいて、
太陽光発電や風力発電などの分散型電源と、
前記分散型電源で発電した直流電力や前記電力系統からの受電電力を蓄電する二次電池と、
前記分散型電源と前記二次電池の電力の入出力を制御する２台以上の電力調整装置と、
前記電力系統と前記低圧系統との連系点における電力と電圧を監視し前記電気設備の規定範囲を逸脱しないように２台以上の前記電力調整装置に対して制御を行う電力管理装置と、
交流電力を入力源とし直流変換して二次電池搭載機器へ充電する急速充電器と、
を備え、
前記電力調整装置が制御する前記二次電池に蓄電された電力のうち前記低圧系統から受電して充電した電力の割合に応じて、前記電力管理装置が前記低圧系統から受電する優先順位を判断し、当該優先順位に応じて前記電力管理装置が各々の前記電力調整装置への指令値を送り電力を分配する充電用の電力管理システムの電力管理装置であって、
前記電力管理装置は、前記連系点における電力の測定値を１秒以下の間隔で周期的に取得し、前記電力の測定値が予め定められた電力上下限値の範囲内に入っているか否かを監視し、前記電力上下限値の範囲を逸脱した場合、所定の時間内に電力計測値と電力上下限値との差分を計算し、該差分を反映させた制御指令値を前記電力調整装置へ送信することを特徴とする電力管理装置。 - 電力系統から低電圧受電をしている低圧系統の充電用の電力管理システムにおいて、
太陽光発電や風力発電などの分散型電源と、
前記分散型電源で発電した直流電力や前記電力系統からの受電電力を蓄電する二次電池と、
前記分散型電源と前記二次電池の電力の入出力を制御する２台以上の電力調整装置と、
前記電力系統と前記低圧系統との連系点における電力と電圧を監視し前記電気設備の規定範囲を逸脱しないように２台以上の前記電力調整装置に対して制御を行う電力管理装置と、
交流電力を入力源とし直流変換して二次電池搭載機器へ充電する急速充電器と、
を備え、
前記電力調整装置が制御する前記二次電池に蓄電された電力のうち前記低圧系統から受電して充電した電力の割合に応じて、前記電力管理装置が前記低圧系統から受電する優先順位を判断し、当該優先順位に応じて前記電力管理装置が各々の前記電力調整装置への指令値を送り電力を分配する充電用の電力管理システムの電力管理装置であって、
前記電力管理装置は、前記連系点における電圧の測定値を１秒以下の間隔で周期的に取得し、前記電圧の測定値が予め定められた電圧上下限値の範囲内に入っているか否かを監視し、前記電圧上下限値の範囲を逸脱した場合、所定の時間内に低圧系統解析を行い最適な無効電力を計算し、該計算の結果を反映させた制御指令値を前記電力調整装置へ送信することを特徴とする電力管理装置。 - 前記電力管理装置がさらにプログラマブル論理制御器を備えたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電力管理装置。
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| JP2013031243A (ja) | 2013-02-07 |
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