JP5978052B2 - 配電管理システム及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、地域の配電管理システム及び地域の配電管理方法に関する。
配電システムは、送電網から受電した電力を、変電所で一旦電圧を下げた後、家やビルなどの需要家に供給するシステムである。本システムは多数の機器とサブシステムで構成されており、大きくは実際に電力の供給を行う電力線、切替スイッチ、トランス等から構成される配電網と、電力の流れを制御する配電管理システム、および配電線等の設備を管理する設備管理システムで構成される。配電網は広く地域内のすべての需要家に電力を供給させるため、変電所から延びる電力線は、途中で何回も分岐して地域内に支線を延ばしていく。また電力線単位で広く停電になることを防ぐため、単純に枝分かれしていくだけでなく、他の電力線と時には繋がりながら広がっていく場合もある。変電所から延びる1つの配電線には、数十〜数千程度の需要家が繋がっている。配電網の容量はこれまで全需要家の最大消費電力の何割かと定めて設計し、整備する場合がある(これを需要率と呼ぶ)。これは経験上、全ての需要家が同時に受電契約の上限を使うことが無いことと、配電網の設備投資費を抑えるといった目的があるからである。また配電網の分岐先には需要家の受電設備(メータ、ブレーカ)等が接続されており、これにより需要家は電気の供給を受けている。需要家の受電設備の1つであるブレーカは、電気の供給契約に基づいて定格容量を決めている。例えば日本の場合では一般家庭は20Aから60Aまで10Aごとに定められた定格容量のいずれかを選んでいる。
配電網下の需要家が使う消費電力は、これまでも需要家の引越しなどで定格容量の変更がなされてきた。特許文献1では、これらブレーカの定格容量変更について、電力会社の設備担当者が現地までに向かうことなく、遠隔で定格容量の変更が出来ることを特徴としている。特許文献2では集合住宅を想定し、集合住宅単位で一括受電した後に各家のブレーカについて遠隔で定格容量の変更が出来ることを特徴としている。
特開2002-159138号広報 特開2004-153963号広報
しかし、先行技術においては、配電網の容量までは考慮せず、あくまで受電設備のブレーカの変更だけで消費電力の上限変更を行っている。これは通常、需要家の消費電力の変更は配電網の容量に比べて無視できるほど小さいものであるという前提があるからである。例えば家の定格電力を20Aから60Aに変更しても高々3倍程度の変化しかなく、数百軒の需要家が接続されている配電網にとって影響はごくわずかと言える。
しかし、近年電気自動車(Electric Vehicle、以下EV)の登場により、一台で家の数十軒以上の消費電力を行う急速充電器が登場してきている。急速充電器は現在、街中に充電ステーション(以下充電ST)を建て、数台の急速充電器を置いて同時に複数台のEVの急速充電を可能にすることを予定している。このような充電STが登場した場合、配電網への影響は無視出来ないものになり、特に配電網の需要率が低く設計されていた場合には、例え充電STの定格容量を下回って充電していても、配電網下の電力消費状況によっては設計した需要率を超えた電力が必要となってしまい、最悪時には配電網全体の停電に繋がってしまう恐れがある。この問題に対しては、急速充電器が稼働する前に、ITを使って配電管理システムに対し問合せを行い、接続可否を判断することが必要になる。またその判断結果についてITを使い、順守出来るようにすることが必要になる。
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、充電STと配電管理システムの間に新たに充電ST管理システムを用意し、充電STからの充電器の機器情報を配電管理システムに自動的に通知し、配電網への影響が無いか判断させる。また充電ST管理システムを使い、配電管理システムから充電STに対し、使用可能な最大電力を自動的に通知する。
本発明によれば、充電STの急速充電によって配電網の電力不安定化を迅速に防止することが出来る。
本発明の配電管理システムと充電ST管理システムとの連携構成を示す図 充電STの機器構成および機能構成を示す図 充電ST管理システムの機能構成を示す図 配電管理システムの機能構成を示す図 充電STから配電管理システムに機器情報を送信するときのシーケンス図 配電管理システムから充電ST管理システムに指示情報を送信するときのシーケンス図 充電ST管理システムから充電STに指示情報を送信するときのシーケンス図 充電STで急速充電器の操作を行うときのシーケンス図 配電網の概要を示す図 配電網の状況が変化した場合のシーケンス図
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。同一の符号を付した部分は同一物を表し、基本的な構成および動作は同様であるものとする。
図1は本発明の配電管理システムと充電ST管理システムとの連携構成を示す図である。なお図中の実線は電力の線を指しており、点線は情報の線を示している。
本発明の連携構成は、主に充電ST104、充電ST管理システム110、配電管理システム109から構成されている。この周辺の機器、設備として、配電用変電所101、配電網102、需要家103、ブレーカ105、急速充電器106、新規急速充電器107、ネットワーク108、電力センサ111、トランス112が存在する。
配電用変電所101は配電網102に電気を供給する設備である。配電用変電所101は配電管理システム109の制御のもと供給を行っている。
配電網102は電力を供給する線である。配電用変電所101から配電網102が伸びており、トランス112を経由した後、需要家103および充電ST104まで繋がっている。これにより配電用変電所101から電力が送られ、需要家103、充電ST104にまで供給されている。
需要家103、充電ST104は配電網102から供給される電力によって動く需要家である(充電STも需要家であるが、本明細書では説明を容易にするため充電STを明示的に分けている)。需要家103、充電ST104の接続箇所にはブレーカ105が供えられており、需要家側で定格容量を超える電力を使用した場合、ブレーカ105によって遮断される。充電ST104には急速充電器106が設置されている。また充電ST104の利用状況によって、新規急速充電器107が新たに設置されることもある。本発明はこうした新規急速充電器の取り付けによって生じる消費電力の急激な増加に対し、配電網102の安定化を目指している。また本発明の実施形態の別例として、急速充電器に対し充電量の非常に大きいEVが急速充電を行おうとした時の配電網102の安定化を目指す。また充電ST104はネットワーク108を介し充電ST管理システム110に接続されており、充電ST管理システム110に対し情報を提供し、逆に充電ST管理システム110から情報を受け取る。
配電管理システム109は、配電用変電所101、配電網102の状況を把握した上で配電網の電圧を安定化させるため制御を行う。また配電管理システム109は配電網にある設備、機器の情報を管理している。例えば配電網の設備を更新した場合には配電管理システムで設備更新情報を把握出来る。
充電ST管理システム110はネットワーク108を介し配電管理システム109と連携している。これにより充電STの状況を配電管理109システムに送信する。また逆に配電管理システム109からの指示情報を受信する。また充電管理システム110は充電ST104ともネットワーク108と接続している。この情報の流れは既に充電ST104にて説明した通りである。
図2は充電STの機器構成および機能構成を示す図である。配電網102から送られる電力はブレーカ105、分電盤201を経由してPCS202に送られる。PCS202は後述する充電ST104によって電力供給の開始・停止が制御され、急速充電器106、新規急速充電器107に接続される。PCS202からは機器ネットワーク203を経由して充電ST104にPCSの状態情報が送られる。また逆に充電ST104からPCS202に対し機器コマンドが送信される。以下、充電ST104の機能について説明する。
機器通信処理部204はPCS202との通信を行う機能である。上記PCS202と充電ST104との通信は、機器通信処理部204にて実施する。
機器DB205は、PCSの状態情報を蓄積するDBである。PCSの状態情報の内訳は機器そのものの特徴を示した機器情報と、機器稼働情報がある。機器DB205では、機器情報が登録され、機器稼働情報は機器稼働履歴として登録される。また機器情報は機器登録部206で機器からは上がってこない付属情報(例:設置場所、管理者)などが登録されることもある。
充電ST情報作成部207は、機器DB205の情報を通信メッセージに変換する機能である。また電力状況DB210の情報も通信メッセージに変換する。
サーバ通信処理部208は充電ST管理システム110と通信を行う。またサーバ通信処理部208は、充電ST管理システム110から送信された通信メッセージを受信する。
電力登録確認部209は充電STから指示された最大電力を登録あるいは登録された最大電力を確認する。また現在急速充電器で使用中の使用電力も登録あるいは確認する。
電力状況DB210は、充電STで使用可能な最大電力、および現在使用中の消費電力を登録する。
充電判断部211は、各PCSへの電力制御内容を判断する機能である。充電判断部211は、電力状況DB210、充電器稼働計画DB214、および充電指示部215の内容に基づいて判断を行う。
機器制御コマンド作成部212は充電判断結果に基づいて機器コマンドを作成する。その機器コマンドは機器通信処理部204にてPCSへ機器コマンドを送信する。
充電指示部215は、充電STの利用者、管理者からの充電指示を受け付け、充電判断部211に充電判断を行わせる機能である。
図3は充電ST管理システム110の機能構成を示す図である。充電ST管理システムは各充電STの状況を把握し、場合によっては各充電STに指示を行うためのシステムである。充電ST管理システム110は、充電ST通信処理部301、充電ST情報解析部302、補足情報付加部303、機器DB304、電力システム通信処理部305、電力システム指示解析部306、電力システム指示作成部307、アプリケーション部308で構成される。
充電ST通信処理部301は、充電ST104との通信を行う。情報の流れについてはサーバ通信処理部208にて説明した通りである。
充電ST情報解析部302は、充電ST104からの通信メッセージを解析する機能である。ここで通信メッセージの中に充電STの機器情報の更新情報が含まれていた場合には、補足情報付加部303に機器情報を送信する。
補足情報付加部303では、充電STから送られてきた機器情報に対し、配電管理システム109に送信するための付加情報をつける。例えば配電管理システム109では機器の位置情報を把握する必要があるため、ここで機器DB304から機器の位置情報を取得し、付加を行う。
機器DB304は、充電ST管理下の機器の情報を、充電ST管理システムとして管理する。例えば先述のような機器の位置情報や、機器の設置日、機器の部品交換日などの保守情報を登録しておき、後述のアプリケーション部にて機器管理などを実施する。
電力システム通信処理部305は、配電管理システム109と通信を行う機能である。 電力システム指示解析部306は、配電管理システム109からの通信メッセージを受け取り、内容を解析する機能である。解析結果、充電STに指示が必要であれば、電力システム指示作成部307に指示情報を送る。
電力システム指示作成部307では、充電ST104に送信すべき指示内容を通信メッセージに変換する。その変換した通信メッセージは充電ST通信処理部301にて通信を行う。
アプリケーション部308は充電ST管理システムの各種アプリケーションを指す。例えば保守アプリケーションなどが該当する。
図4は配電管理システムのうち、本発明で必要な機能の機能構成を示す図である。発明が解決しようとする課題で明らかにした通り、配電管理システムは既設のものが既にあることが多く、既設のシステムに対する改修を極力小さくするため、従来機能とはDBにて連携する構成を示している。充電ST管理対応部400が、今回の発明の主な機能構成となる。充電ST管理対応部400は、充電ST通信処理部401、充電ST管理情報解析部402、配電網位置推定部403、配電ルート設定部406、最大電力算出部407、充電ST指示作成部410、最大電力DB414から構成される。また本発明における配電管理システム109は、既存機能である配電アプリケーション405、配電網接続情報解析部412、電力把握部409に加えて、本発明の機能である配電網情報DB404、配電網電力履歴情報DB408、配電網接続情報DB411、そして充電ST管理対応部400にて構成される。
充電ST管理通信処理部401は、充電ST管理システム110からの情報を受信し、逆に充電ST管理システム110に情報を送信する機能である。
充電ST管理情報解析部402は、充電ST管理システム110から送られる通信メッセージを解析する機能である。
配電網位置推定部403は、充電ST管理システム110から、充電STの機器情報が送信されてきたときに、配電網のどこの位置に属するのかを推定する機能である。機器情報の中に充電STの位置情報が含まれており、その位置情報と配電網情報DB404の情報との付け合せを行う。
配電ルート推定部406は、配電網接続情報DB411から得られる現在の配電網接続情報をもとに、充電STと配電用変電所101の接続ルートを推定する機能である。例えばその配電網の形状については、図9の通り、複数の配電用変電所901,902が存在した時に、現在のSW906、912の状態を配電網接続情報DB411から取得し、どのルートで充電ST104に電力供給が来ているのかを判断する(図9では配電用変電所903から電力供給を受けている)。
最大電力算出部407では、推定された配電ルート、および配電網電力履歴情報DB408をもとに、各ルートのそれぞれの電力線で残り供給可能な最大電力を算出する。またその算出結果を最大電力DB414に登録する。
電力把握部409は、配電網状にある各種配電機器413から配電網上の電力供給状況を把握する機能である。その把握結果を配電網電力履歴情報DB408に登録する。
充電ST指示作成部410は、最大電力算出部407で算出した最大電力をもとに指示情報の通信メッセージを作成し、充電ST管理通信処理部401に送信する機能である。
配電網接続情報更新部412は、配電機器413から送信される配電網上の機器の状態をもとに接続状況を更新する。例えば図9にてSW906,912の接続状態を把握して配電網の接続状況を登録する。
配電機器413は、配電の管理下にある機器を示している。例えば配電線上にあるSW、電力センサなどが該当する。
図2から図4で説明してきた各種システムを図1のように連携させることで、配電網102を安定化させる。図5から図8、および図10はその処理のシーケンスを表したものであり、以下それらのシーケンスの説明を行う。
図5は充電STから配電管理システムに機器情報を送信するときのシーケンス図である。充電ST104にて新規急速充電器107が接続された場合(ステップ501)、新規急速充電器の接続処理を行う(ステップ502)。
具体的には機器通信処理部204から上がってきた機器情報や機器登録部206で登録した機器情報を機器DB205に登録する。次に充電ST情報作成部207とサーバ通信処理部208を使い、機器情報を通信メッセージに変換して機器情報の送信を行う(ステップ503)。
充電ST管理システム110にて通信メッセージを受信すると(ステップ504)、充電ST情報解析部にて情報解析を行う(ステップ505)。もし通信メッセージ内容が機器情報の更新情報であった場合には、配電管理システム109に送信するための補足情報を付加する(ステップ506)。補足情報は機器の位置情報などが該当する。そして電力システム通信処理部305を使い機器情報の送信を行う(ステップ507、601)。ここで、機器情報の更新情報であったことを検知したら直ちに補足情報を付加して配電管理システムへと通知すると良い。通常は機器情報の詳細を登録してから通知することが一般的であるが、時間を優先して配電管理システムで最低限処理に必要な情報のみを付加して送信して いる。その後、機器情報を記憶部に登録する(ステップ508)。
図6は配電管理システムから充電ST管理システムに指示情報を送信するときのシーケンス図である。充電ST管理システムから配電管理システム109に通信メッセージが受信された場合は(ステップ601)、通信メッセージ内容が機器情報を含むか解析を行う(ステップ602)。機器情報が含まれていれば、配電網配電網情報DB404をもとに、機器情報の中の位置情報を参考に充電STの配電網上の位置を推定する(ステップ603)。
そして配電網上の位置と、配電網接続情報DB411の配電網接続情報をもとに現在配電用変電所からの配電ルートの推定を行う(ステップ604)。そしてその配電ルートをもとに変電所から充電STまでに供給可能な最大電力の算出を行う(ステップ605)。図9の例では、例えば電力センサ909―910、910−913、913−914、914−908の間の各電力線が、この配電ルートに関係する電力線といえる。これらの各電力線の情報から供給可能な最大電力を算出する。具体的には、これらの電力線のなかで最も少ない電力、すなわち、ネックとなる部分の電力を最大電力とする。計算結果は最大電力DB414に登録する。
将来の需要予測ができている場合や、配電網電力履歴情報DBが履歴情報を特定の時間のみでなく時間軸の関数で持つ場合や、所定時間後に配電網の区間開閉器を切り替えてネックとなる部分が変わることが予測できている場合、最大電力を時間幅を指定して算出することができる。ここで、最大電力が時間幅を持つということは、その時間幅において、その算出された最大電力が有効であることを意味する。この時間幅の持ちかたは、「13時から15時まで」というような開始時刻と終了時刻を指定する時間幅の設定をしても良いし、「今から2時間」という時間幅の設定をしても良い。
計算した最大電力をもとに、充電STに対し急速充電可能な最大電力を指示情報とし、それを通信メッセージに変換する(ステップ606)。そしてその通信メッセージを指示情報として送信する(ステップ607、608)。
図7は充電ST管理システムから充電STに指示情報を送信するときのシーケンス図である。充電ST管理システムにて通信メッセージを受信した時(ステップ608)には、通信メッセージの解析を行い指示情報か解析する(ステップ701)。指示内容が充電STに対する最大電力であった場合には、充電STに対し指示情報を作り通信メッセージの作成を行う(ステップ702)。
出来上がった通信メッセージを充電ST104に対し通信メッセージを送信する(ステップ703)。充電STでは通信メッセージを受信し(ステップ704)、通信メッセージの内容が最大電力であった場合には、充電STで使用する最大電力として更新登録する(ステップ705)。具体的にはサーバ通信処理部208で通信メッセージを受信し、最大電力であった場合には、電力登録確認部209にて電力状況DB210の更新を行う。また通信メッセージ内容に最大電力の設定に関して時間幅での指定があった場合には、充電計画立案部213に送信し充電計画の見直しも実施する。
図8は充電STで急速充電器の操作を行うときのシーケンス図である。新規急速充電器107にて急速充電の必要性が生じた場合には、新規急速充電器から充電要求が送信される(ステップ801)。送信の方法としてはPCS202から送信される場合、充電指示部215から支持される場合などがある。充電ST104で充電要求を受信した場合(ステップ802)、最大電力の確認を電力登録確認部209にて確認を行い(ステップ803)、実際の使用電力を判断し、登録を行う(ステップ804)。登録される情報も電力登録確認部209にて電力状況DB210に登録を行う。そして新規急速充電器107に対し送信する機器コマンドを作成し(ステップ805)、機器コマンドを送信する(ステップ806)。新規急速充電器107にて機器コマンドを受信し、指定された電力にて急速充電を実施する。
充電が終了した時には、充電STに充電終了を通知する(ステップ808)。充電終了を受け取った際には(ステップ809)、充電使用量分、使用電力を差し引いて現在の使用電力を登録しておく(ステップ810)。なお現在の使用電力については、別途分電盤にセン サを設けて計測情報をもとに登録してもよい。
図9は配電網の概要を示す図である。本図では充電ST104に対し、2つの配電線があり、どちらかを切り替えて使用している例である。配電は、配電用変電所901,902、配電網902,904、電力センサ905、907、908、909,910,911,913,914、SW906,912、充電ST104などの需要家から構成される。このうち各電力センサ、およびSWの状態を配電管理システムで管理し、電力逼迫などの必要に応じて充電ST管理システムなどに電力抑制の依頼を行う。本図のようにどの配電用変電所から供給を受けているかを把握することで、供給から追加で受けられる最大電力を算出することが出来る。なお本実施例では電力で充電STの急速充電電力の上限を決定しようとしていたが、他にも電流で決める場合もある。こうした場合でも本実施例と同じ手順で最 大電流を算出し、最大電流下を守らせることで、配電網の安定化を実現することが出来る。
図10は配電網上の設備が更新された、あるいは、配電線上のSWが切り換えられて配電網のルートが変更された時、充電STの最大電力の更新を行うシーケンスを示したものである。最初に配電アプリケーション405や、配電機器413、配電設備管理システム415等により、配電接続情報の更新が行われる(ステップ1001)。次に配電ルートがどう変化したのか配電ルート推定のし直しを行う(ステップ604)。もし配電ルートの変更があった場合には、以下図6のステップ605と同様の処理を行い、充電ST側に最大電力の通知を実施する。
101 配電用変電所
102 配電網
103 需要家
104 充電ST
105 ブレーカ
106 急速充電器
107 新規急速充電器
108 ネットワーク
109 配電管理システム
110 充電ST管理システム
111 電力センサ
112 トランス
201 分電盤
202 PCS
204 機器通信処理部
205 機器DB
206 機器登録部
207 充電ST情報作成部
208 サーバ通信処理部
209 電力登録確認部
210 電力状況DB
211 充電判断部
212 機器制御コマンド作成部
213 発電計画立案部
214 充電器稼働計画
301 充電ST通信処理部
302 充電ST情報解析部
303 補足情報付加部
304 機器DB
305 電力システム通信処理部
306 電力システム指示解析部
307 電力システム指示作成部
308 アプリケーション部
400 充電ST管理対応部
401 充電ST管理通信処理部
402 充電ST管理情報解析部
403 配電網位置推定部
404 配電網情報DB
405 配電アプリケーション
406 配電ルート推定部
407 最大電力算出部
408 配電網電力履歴情報DB
409 電力把握部
410 充電ST指示作成部
411 配電網接続情報DB
412 配電網接続情報更新部
413 配電機器
414 最大電力DB
901 配電用変電所
902 配電網
903 配電用変電所
904 配電網
905 電力センサ
906 SW(スイッチ。以下、SW)
907 電力センサ
908 電力センサ
909 電力センサ
910 電力センサ
911 電力センサ
912 SW
913 電力センサ
914 電力センサ

Claims (6)

  1. 複数の充電器が接続される充電ステーションにおける最大使用電力を決定する配電管理システムであって、
    前記充電ステーションの位置情報と、当該充電ステーションに接続される前記充電器の情報又は当該充電器に接続された電気自動車の情報と、を当該充電ステーションから受信する充電ステーション通信処理部と、
    前記受信した情報に基づいて前記充電ステーションの配電網の位置を推定する配電網位置推定部と、
    前記推定した配電網の位置から配電ルートを推定する配電ルート推定部と、
    前記配電ルートに基いて前記充電ステーションでの最大使用電力を算出する最大電力算出部と、
    を備え
    前記充電ステーション通信処理部は、前記算出した最大使用電力に関する情報を前記充電ステーションへ送信し、
    前記最大電力算出部は、
    変電所から前記充電ステーションまでの配電ルートに基いて前記最大使用電力を算出し、
    前記配電網に設置された複数の電力センサのうち前記配電ルートに関係する電力センサが示す電力の値のなかで一番小さい値に基いて最大使用電力を算出する
    ことを特徴とする配電管理システム。
  2. 請求項に記載の配電管理システムは、前記配電網を構成する区間毎に当該区間を流れる電力の値の履歴情報を備えており、
    前記最大電力算出部は、前記配電ルートに関係する区間の履歴情報から前記最大使用電力を算出することを特徴とする配電管理システム。
  3. 請求項乃至のいずれか一項に記載の配電管理システムにおいて、
    前記最大電力算出部は、前記最大使用電力の値が有効な時間を算出し、
    前記充電ステーション通信処理部は、前記充電ステーションへ前記最大使用電力の値が有効な時間を送信することを特徴とする配電管理システム。
  4. 複数の充電器が接続される充電器ステーションにおける最大使用電力を決定する配電管理方法であって、
    充電ステーションの位置情報と、当該充電ステーションに接続される前記充電器の情報又は当該充電器に接続された電気自動車の情報と、を前記充電ステーションから受信する情報受信ステップと、
    前記受信した情報に基づいて前記充電ステーションの配電網の位置を推定する配電網位置推定ステップと、
    前記推定した配電網の位置から配電ルートを推定する配電ルート推定ステップと、
    前記配電ルートに基いて前記充電ステーションでの最大使用電力を算出する最大電力算出ステップと、
    前記算出した最大使用電力に関する情報を前記充電ステーションに送信する送信ステップと、を備え、
    前記最大電力算出ステップは、変電所から前記充電ステーションまでの配電ルートに基いて前記最大使用電力を算出し、
    前記配電網に設置された電力センサが複数ある場合、
    前記最大電力算出ステップは、前記複数の電力センサのうち前記配電ルートに関係する電力センサが示す電力の値のなかで一番小さい値に基いて前記最大使用電力を算出する
    ことを特徴とする配電管理方法。
  5. 請求項に記載の配電管理方法において、
    前記最大電力算出ステップは、前記配電網に設置された電力センサが示す電力の値、若しくは当該配電網を構成する各区間を流れる電力の値の履歴情報に基いて前記配電ルートの前記最大使用電力を算出することを特徴とする配電管理方法。
  6. 請求項乃至いずれか一項に記載の配電管理方法において、
    前記最大電力算出ステップは、前記最大使用電力の値が有効な時間を算出し、
    前記送信ステップは、前記充電ステーションへ前記最大使用電力の値が有効な時間を送信することを特徴とする配電管理方法。
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