JP6159812B2 - 分散電源管理システム - Google Patents

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Description

本発明は、太陽光発電設備を含む複数の分散電源設備を管理する分散電源管理システムに関し，特に複数の需要家に設置された太陽光発電設備の出力を制御して，電力系統の需給ギャップ解消を行うシステムや，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力などのアンシラリーサービスを提供するシステムに関する。
電力系統の需要と供給がアンバランスになった場合，周波数が規定範囲から外れるという特徴があり，従来の電力系統では，周波数を監視しながら火力発電や水力発電のモーターに対する機械的入力を調整していた。一方，ＩＴ技術を活用して需給調整を行うスマートグリッドの研究が世界的に進められており，例えば特許文献１のように供給に合わせて負荷を調整する手段が提案されている。
特許第４６３５２０７号
風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギーの導入が進められている。しかし，再生可能エネルギーは不安定で出力変動が大きい為，高価な二次電池を付設する必要があり，導入コストの上昇の原因となっている。二次電池の容量が十分に大きくない場合は，生成可能エネルギーによる出力変動は，揚水発電や水力発電で調整するのが望ましいが，導入量が限られているので，火力発電で調整する必要がある。すなわち，ＣＯ２排出削減のために再生可能エネルギー源を増設すればするほど，ＣＯ２を排出する火力発電で電力品質の調整を行う必要があるという矛盾が生じており，ＣＯ２の排出が少ない手段で電力系統の電力品質の調整を行うのが本発明の課題である。
上記目的を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、複数の分散電源を管理する分散電源管理システムであって，太陽光発電部と，通信ネットワーク経由で送られてくる指示に従って自設備から電力系統への逆潮流電力を抑制制御する制御部と，逆潮流抑制時に自設備から電力系統へあとどれくらい逆潮流できるかという逆潮流可能電力を予測する予測部と，逆潮流可能電力情報を通信ネットワークを通じて管理サーバーに通知する第１の通信部と，を備える複数の分散電源と，各分散電源の逆潮流可能電力情報を集計する集計部と，各分散電源に通信ネットワーク経由でそれぞれの逆潮流電力を指示する情報を送信する第２の通信部と，電力系統の電圧あるいは周波数を計測する計測部と，を有する管理サーバーと、電力系統の電圧あるいは周波数から予測される需要と供給の差分に応じて各分散電源毎に逆潮流電力指示値を配分し，各分散電源に逆潮流電力指示値を通知する系統制御サーバーと、を備え、系統制御サーバーは、各分散電源の逆潮流電力情報の集計値と、各分散電源の逆潮流可能電力情報の集計値を電力調整力取引市場に入札し、購入決定後に実際に電力調整の依頼が来た際に、調整する電力を各分散電源に配分する分散電源管理システムを提供する。
本発明によれば，ＣＯ２の排出が少ない太陽光発電設備を用いて電力系統の電力品質の調整を行うことが可能となる。
本発明の実施例１に関わる構成図 本発明の実施例１に関わる機能ブロック図 本発明の実施例２に関わる構成図 本発明の実施例２に関わる構成図 本発明の実施例３に関わる構成図 本発明の実施例３に関わる機能ブロック図 本発明の実施例４に関わる構成図 本発明の実施例４に関わる機能ブロック図
以下、実施例を図面を用いて説明する。
図１に第１の実施形態における分散電源管理システムを含んだ電力系統の構成例を示す。火力発電所１００および水力発電所１０１は１次変電所１１０に接続され，降圧して中間変電所１１１と接続され，さらに降圧して配電用変電所１１２に接続される。配電用変電所１１２で６．６ ｋＶになった電力は，柱上変圧器１１３で２００ Ｖまで降圧されて需用家１０，需要家１１などの需要家へと接続される。各需用家には太陽光発電装置１，２が接続されている。ここで，数１００ ＭＷクラスの風力発電所は配電用変電所１１２の上流に接続され，１ ＭＷクラスの大規模太陽光発電所は配電用変電所１１２の下流に接続される。
各需要家の太陽光発電装置１，２を除く各発電所および変電所には電力系統の周波数と電圧をモニタする機能があり，系統制御サーバー３０に通知される。
各需要家の太陽光発電装置１，２は，通信ネットワークを介して分散電源管理サーバー２０に接続される。
図２に第１の実施形態における分散電源管理システムの機能ブロック図を示す。１次変電所１１０で測定された電力系統の周波数および電圧は系統制御サーバー３０に通知される。なお，電力系統の周波数および電圧はその他の変電所または発電所で測定，通知しても良い。系統制御サーバー３０は，通知された周波数あるいは電圧から需要と供給の差分を予測する。このとき，供給過剰なら周波数あるいは電圧が高くなり，供給不足なら周波数あるいは電圧が低くなる。周波数と電圧の安定性は電力品質を評価する指標として用いられる。
次に系統制御サーバー３０は需要と供給の差分から各発電所の電力供給量を配分する。配分に当たっては，発電コストや各発電装置の反応速度を考慮し，急激な変化に対しては反応速度の速い発電設備を優先的に用いて電力品質を調整する。各発電所からは必要に応じて現在の発電電力と発電調整可能電力の情報が系統制御サーバー３０に送られており、電力品質を調整する際の配分を決定する指標とされる。
本実施例では、各需要家の太陽光発電装置１，２には発電電力を抑制する機能と、発電抑制時の最大発電可能電力予測機能があり、あとどれくらい逆潮流可能かをＨＥＭＳ制御装置で計算して、分散電源管理サーバー２０に通知する。発電抑制時の最大発電可能電力予測機能は、太陽光発電装置１，２の直流電圧と直流電流から計算しても良いし、別途日射量計とパネル用温度計を設けて計算しても良い。
分散電源管理サーバー２０は各需用家から集められた発電電力と逆潮流可能電力を集計して１つの大きな仮想発電設備として、系統制御サーバー３０に現在の発電電力と発電調整可能電力の情報を通知する。また、系統制御サーバー３０から電力品質調整の為の発電量の配分１つの大きな仮想発電設備として受け、それを各需用家に再配分して通知する。各需用家に再配分する際には、発電電力を減少させる場合には、各需要家の現在の逆潮流電力の大きい順に配分すると、指示を出す需要家の数が減るため、通信パケットを減らすことができるし、迅速に指示を出せる。
発電電力を増加させる場合には、各需要家の現在の逆潮流可能電力の大きい順に配分すると、指示を出す需要家の数が減るため、通信パケットを減らすことができるし、迅速に指示を出せる。各需要家に対してどのような指示を出したのか、各需要家が実際に指示通りに従ったのかという情報は実績情報として蓄積される。また、系統管理システムから指示が無い場合においても、各需要家の逆潮流電力および逆潮流可能電力の履歴を蓄積し、調整予備力の提供として取り扱う。プラス方向の調整予備力とマイナス方向の調整予備力を両者均等に最大限確保する為には、各需要家では逆潮流可能電力の１／２の電力を逆潮流する動作を行うのが望ましい。
従来は，各需用家に設置された太陽光発電装置１，２はフル発電し，電力品質の向上には用いられなかった。本発明では，各需要家の発電量をあらかじめ抑制し、逆潮流電力と逆潮流可能電力を系統の調整予備力として活用することで電力品質の安定化に寄与する。
図３に第２の実施形態における分散電源管理システムを含んだ電力系統の構成例を示す。第２実施例では，欧米のように電力自由化が進み，電力取引市場や電力調整力取引市場（アンシラリーサービス市場）で電力や電力調整力が売買される場合を想定する。
火力発電所１００および水力発電所１０１は１次変電所に接続され，降圧して中間変電所１１１と接続され，さらに降圧して配電用変電所１１２に接続される。配電用変電所１１２で６．６ ｋＶになった電力は，柱上変圧器１１３で２００ Ｖまで降圧されて需用家１０，需要家１１などの需要家へと接続される。各需用家には太陽光発電装置１，２が接続されている。ここで，数１００ ＭＷクラスの風力発電所は配電用変電所の上流に接続され，１ ＭＷクラスの大規模太陽光発電所は配電用変電所の下流に接続される。
各需要家の太陽光発電装置１，２を除く各発電所および変電所には電力系統の周波数と電圧をモニタする機能があり，系統制御サーバー３０に通知される。
各需要家の太陽光発電装置１，２は，通信ネットワークを介して分散電源管理サーバー２０に接続される。
各需要家の太陽光発電装置１，２を除く各発電所および分散電源管理サーバー２０は，系統制御サーバー３０、電力取引市場４０、および電力調整力取引市場４１に接続される。
図４に第２の実施形態における電力および電力調整力の取引の仕組みを示す。分散電源管理サーバー２０は各需要家から逆潮流可能電力の情報を集めて電力取引市場に入札し、逆潮流電力と逆潮流可能電力の情報を集めて調整力として電力調整力市場に入札する。現在の逆潮流電力はそれを停止することで電力供給を減らすことができるので、低減方向の調整力と言える。現在以上にあとどれくらい逆潮流できるかを表す逆潮流可能電力の情報は、実行することで電力供給を増加させることができるので、増加方向の調整力と言える。需要家１件では少ない調整力でも、多数の需要家を束ねることで大きな調整力となる。
各需要家の太陽光発電装置１，２を除く各発電所および分散電源管理サーバー２０は、発電電力および電力調整力を電力取引市場４０や電力調整力取引市場４１に入札し、系統制御サーバー３０は市場に入札された選択肢の中から価格の安いもの優先で調達する。この際、分散電源管理サーバー２０からの入札を優先的に落札すれば、ＣＯ２排出量を削減することが可能となる。あるいは、分散電源管理サーバー２０からの入札価格にその他の発電手法と比較して有利になるような係数を掛けて取引する方法でもＣＯ２を削減することができる。
図５に第３の実施形態における分散電源管理システムを含んだ電力系統の構成例を示す。火力発電所１００および水力発電所１０１は１次変電所に接続され，降圧して中間変電所１１１と接続され，さらに降圧して配電用変電所１１２に接続される。配電用変電所１１２で６．６ ｋＶになった電力は，柱上変圧器１１３で２００ Ｖまで降圧されて需用家１０，需要家１１などの需要家へと接続される。各需用家には太陽光発電装置１，２が接続されている。ここで，数１００ ＭＷクラスの風力発電所は配電用変電所の上流に接続され，１ ＭＷクラスの大規模太陽光発電所は配電用変電所の下流に接続される。
各需要家の太陽光発電装置１，２を除く各発電所および変電所には電力系統の周波数と電圧をモニタする機能があり，系統制御サーバー３０通知される。
各需要家の太陽光発電装置１，２は，通信ネットワークを介して分散電源管理サーバー２０に接続される。各需要家には負荷５１〜５４が接続されている。
図６に第３の実施形態における分散電源管理システムの機能ブロック図を示す。１次変電所１１０で測定された電力系統の周波数および電圧は系統制御サーバー３０に通知される。なお，電力系統の周波数および電圧はその他の変電所または発電所で測定，通知しても良い。系統制御サーバー３０は，通知された周波数あるいは電圧から需要と供給の差分を予測する。このとき，供給過剰なら周波数あるいは電圧が高くなり，供給不足なら周波数あるいは電圧が低くなる。周波数と電圧の安定性は電力品質を評価する指標として用いられる。
次に系統制御サーバー３０は需要と供給の差分から各発電所の電力供給量を配分する。配分に当たっては，発電コストや各発電装置の反応速度を考慮し，急激な変化に対しては反応速度の速い発電設備を優先的に用いて電力品質を調整する。各発電所からは必要に応じて現在の発電電力と発電調整可能電力の情報が系統制御サーバー３０に送られており、電力品質を調整する際の配分を決定する指標とされる。
本実施例では、各需要家の太陽光発電装置１，２には発電電力を抑制する機能と、発電抑制時の最大発電可能電力予測機能があり、あとどれくらい逆潮流可能かをＨＥＭＳ制御装置で計算して、分散電源管理サーバー２０に通知する。発電抑制時の最大発電可能電力予測機能は、太陽光発電装置１，２の直流電圧と直流電流から計算しても良いし、別途日射量計とパネル用温度計を設けて計算しても良い。
本実施例では、各需要家の負荷を調整することができ、予め設定された負荷調整量を逆潮流可能電力に加算して計算する。
分散電源管理サーバー２０は各需用家から集められた発電電力と逆潮流可能電力を集計して１つの大きな仮想発電設備として、系統制御サーバー３０に現在の発電電力と発電調整可能電力の情報を通知する。また、系統制御サーバー３０から電力品質調整の為の発電量の配分１つの大きな仮想発電設備として受け、それを各需用家に再配分して通知する。各需用家に再配分する際には、発電電力を減少させる場合には、各需要家の現在の逆潮流電力の大きい順に配分すると、指示を出す需要家の数が減るため、通信パケットを減らすことができるし、迅速に指示を出せる。発電電力を増加させる場合には、各需要家の現在の逆潮流可能電力の大きい順に配分すると、指示を出す需要家の数が減るため、通信パケットを減らすことができるし、迅速に指示を出せる。各需要家に対してどのような指示を出したのか、各需要家が実際に指示通りに従ったのかという情報は実績情報として蓄積される。また、系統管理システムから指示が無い場合においても、各需要家の逆潮流電力および逆潮流可能電力の履歴を蓄積し、調整予備力の提供として取り扱う。調整予備力を最大限確保する為には、各需要家では逆潮流可能電力の１／２の電力を逆潮流する動作を行うのが望ましい。
従来は，各需用家に設置された太陽光発電装置１，２はフル発電し，電力品質の向上には用いられなかった。本発明では，各需要家の発電量をあらかじめ抑制し、逆潮流電力と逆潮流可能電力を系統の調整予備力として活用することで電力品質の安定化に寄与する。
図７に第４の実施形態における分散電源管理システムを含んだ電力系統の構成例を示す。火力発電所１００および水力発電所１０１は１次変電所１１０に接続され，降圧して中間変電所１１１と接続され，さらに降圧して配電用変電所１１２に接続される。配電用変電所１１２で６．６ ｋＶになった電力は，柱上変圧器１１３で２００ Ｖまで降圧されて需用家１０，需要家１１などの需要家へと接続される。各需用家には太陽光発電装置１，２が接続されている。ここで，数１００ ＭＷクラスの風力発電所は配電用変電所１１２の上流に接続され，１ ＭＷクラスの大規模太陽光発電所は配電用変電所１１２の下流に接続される。
各需要家の太陽光発電装置１，２を除く各発電所および変電所には電力系統の周波数と電圧をモニタする機能があり，系統制御サーバー３０に通知される。
各需要家の太陽光発電装置１，２は，通信ネットワークを介して分散電源管理サーバー２０に接続される。各需要家には負荷５１〜５４と蓄電池６１，６２が接続されている。
図８に第４の実施形態における分散電源管理システムの機能ブロック図を示す。１次変電所１１０で測定された電力系統の周波数および電圧は系統制御サーバー３０に通知される。なお，電力系統の周波数および電圧はその他の変電所または発電所で測定，通知しても良い。系統制御サーバー３０は，通知された周波数あるいは電圧から需要と供給の差分を予測する。このとき，供給過剰なら周波数あるいは電圧が高くなり，供給不足なら周波数あるいは電圧が低くなる。周波数と電圧の安定性は電力品質を評価する指標として用いられる。
次に系統制御サーバー３０は需要と供給の差分から各発電所の電力供給量を配分する。配分に当たっては，発電コストや各発電装置の反応速度を考慮し，急激な変化に対しては反応速度の速い発電設備を優先的に用いて電力品質を調整する。各発電所からは必要に応じて現在の発電電力と発電調整可能電力の情報が系統制御サーバー３０に送られており、電力品質を調整する際の配分を決定する指標とされる。
本実施例では、各需要家の太陽光発電装置１，２には発電電力を抑制する機能と、発電抑制時の最大発電可能電力予測機能があり、あとどれくらい逆潮流可能かをＨＥＭＳ制御装置で計算して、分散電源管理サーバー２０に通知する。発電抑制時の最大発電可能電力予測機能は、非特許文献１記載の手法を用いて、太陽光発電装置１，２の直流電圧と直流電流から計算しても良いし、別途日射量計とパネル用温度計を設けて計算しても良い。
本実施例では、各需要家の負荷を調整することができ、予め設定された負荷調整量を逆潮流可能電力に加算して計算する。
本実施例では、各需要家に設置された蓄電池の出力を逆潮流可能電力に加算して計算する。
分散電源管理サーバー２０は各需用家から集められた発電電力と逆潮流可能電力を集計して１つの大きな仮想発電設備として、系統制御サーバー３０に現在の発電電力と発電調整可能電力の情報を通知する。また、系統制御サーバー３０から電力品質調整の為の発電量の配分１つの大きな仮想発電設備として受け、それを各需用家に再配分して通知する。各需用家に再配分する際には、発電電力を減少させる場合には、各需要家の現在の逆潮流電力の大きい順に配分すると、指示を出す需要家の数が減るため、通信パケットを減らすことができるし、迅速に指示を出せる。発電電力を増加させる場合には、各需要家の現在の逆潮流可能電力の大きい順に配分すると、指示を出す需要家の数が減るため、通信パケットを減らすことができるし、迅速に指示を出せる。各需要家に対してどのような指示を出したのか、各需要家が実際に指示通りに従ったのかという情報は実績情報として蓄積される。また、系統管理システムから指示が無い場合においても、各需要家の逆潮流電力および逆潮流可能電力の履歴を蓄積し、調整予備力の提供として取り扱う。調整予備力を最大限確保する為には、各需要家では逆潮流可能電力の１／２の電力を逆潮流する動作を行うのが望ましい。
従来は，各需用家に設置された太陽光発電装置１，２はフル発電し，電力品質の向上には用いられなかった。本発明では，各需要家の発電量をあらかじめ抑制し、逆潮流電力と逆潮流可能電力を系統の調整予備力として活用することで電力品質の安定化に寄与する。
なお、上記実施例では、分散電源管理サーバー２０、系統制御サーバー３０は１台のサーバーとして説明したが、電力供給配分機能、実績記録機能、予備力記録機能や、需要バランス予測機能、電力品質調整機能、電力供給配分機能などの機能毎に異なるサーバー等で実行することも可能である。
また、上記機能等は当該機能を発揮するために作製されたチップセット等で実現することも可能であるし、分散電源管理サーバー２０や系統制御サーバー３０が備える記憶装置に当該機能を発揮するためのプログラムを保存しておき、分散電源管理サーバー２０や系統制御サーバー３０が備えるＣＰＵがメモリに当該プログラムを展開し、プログラムに従って演算を行うことで当該機能を実現することも可能である。
１〜２：太陽光発電装置
１０〜１１：需要家
２０：分散電源管理サーバー
３０：系統制御サーバー
４０：電力取引市場
４１：電力調整力取引市場
５１〜５４：負荷
６１〜６２：蓄電池
１００：火力発電所
１０１：水力発電所
１１０：１次変電所
１１１：中間変電所
１１２：配電用変電所
１１３：柱上変圧器
１２０：風力発電所
１２１：大規模太陽光発電所

Claims (5)

  1. 複数の分散電源を管理する分散電源管理システムであって，
    太陽光発電部と，通信ネットワーク経由で送られてくる指示に従って自設備から電力系統への逆潮流電力を抑制制御する制御部と，逆潮流抑制時に自設備から電力系統へあとどれくらい逆潮流できるかという逆潮流可能電力を予測する予測部と，前記逆潮流可能電力情報を通信ネットワークを通じて管理サーバーに通知する第１の通信部と，を備える複数の分散電源と，
    前記各分散電源の前記逆潮流可能電力情報を集計する集計部と，前記各分散電源に通信ネットワーク経由でそれぞれの逆潮流電力を指示する情報を送信する第２の通信部と，電力系統の電圧あるいは周波数を計測する計測部と，を有する管理サーバーと、
    前記電力系統の電圧あるいは周波数から予測される需要と供給の差分に応じて前記各分散電源毎に逆潮流電力指示値を配分し，各分散電源に前記逆潮流電力指示値を通知する系統制御サーバーと、を備え、
    前記系統制御サーバーは、
    前記各分散電源の前記逆潮流電力情報の集計値と、前記各分散電源の前記逆潮流可能電力情報の集計値を電力調整力取引市場に入札し、
    購入決定後に実際に電力調整の依頼が来た際に、調整する電力を前記各分散電源に配分することを特徴とする分散電源管理システム。
  2. 請求項１記載の分散電源管理システムであって，前記系統制御サーバーは、
    前記電力系統の電圧もしくは前記周波数が所定値よりも大きい場合，前記各分散電源に既に配分されている逆潮流電力を減少させた新たな逆潮流電力指示値の通知を行い，
    前記電力系統の電圧もしくは前記周波数が所定値よりも小さい場合，前記各分散電源に既に配分されている逆潮流電力指示値を増加させた新たな逆潮流電力指示値の通知を行うことを特徴とする分散電源管理システム。
  3. 請求項２記載の分散電源管理システムであって，前記系統制御サーバーは、
    前記各分散電源毎に逆潮流電力指示値を配分する際に、逆潮流電力を減少させる場合には、現在の逆潮流電力が大きい分散電源を優先的に配分し、逆潮流電力を増加させる場合には、現在の逆潮流可能電力が大きい分散電源を優先的に配分することを特徴とする分散電源管理システム。
  4. 請求項１記載の分散電源管理システムであって，前記管理サーバーは、
    前記各分散電源の前記逆潮流可能電力に、負荷調整可能電力を加算して逆潮流電力として通知を行うことを特徴とする分散電源管理システム。
  5. 請求項１記載の分散電源管理システムであって，前記管理サーバーは、
    前記各分散電源の前記逆潮流可能電力に、蓄電池の出力を加算して逆潮流電力として通知を行うことを特徴とする分散電源管理システム。
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