JP6481823B2

JP6481823B2 - 電力管理システム及び電力管理方法

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Publication number: JP6481823B2
Application number: JP2015092940A
Authority: JP
Inventors: 貴之杉本; 沼田　茂生; 茂生沼田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: JP2016213919A

Description

本発明は、電力管理システム及び電力管理方法に関する。

東日本大震災以来、電力需要が伸びる夏期及び冬期の電力逼迫により、需要家側では積極的なピーク電力の削減がより求められている。また、分散型電源に対する固定買取制度の開始や環境負荷低減の観点から太陽光発電の導入機運が高まっている。このような背景から、電力ピークが発生する時間帯に太陽光発電を用いてピーク電力を削減することが期待されている。しかしながら、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギーにより発電する電源（以下、「自然エネルギー電源」という。）は、天候次第で大きく出力が変動する。このため、建物において電力ピークが発生している時間帯において、自然エネルギーを得ることができない場合、発電できずピークカットできない場合がある。また、自然エネルギー電源が電力系統に大量に導入されると、負荷周波数制御（ＬＦＣ：Load Frequency Control）の周波数帯域の調整不足により、電力系統の電力品質に影響を及ぼすことが懸念されている。

上記問題の対策として、建物内に設置された蓄電池を用いてマイクログリッドを構築し、負荷周波数制御の周波数帯域を含む比較的長周期の負荷変動に対して蓄電池の出力を追従させる負荷変動補償制御を行うことが提案されている（特許文献１）。負荷変動補償制御により、負荷電力と自然エネルギー電源の発電電力との需給バランスが崩れた場合に、蓄電池から充放電されるため、電力会社からの買電電力を抑制すると同時に自然エネルギーの発電電力の変動における電力系統への影響を緩和することができる。上記負荷変動補償制御は、以下に列挙する２つの特徴を備え、昨今のエネルギー供給問題の対策技術として有効である。
・負荷電力の減少時には蓄電池が充電するため、少ない蓄電池容量でピーク電力の削減が可能。
・負荷周波数制御の周波数帯域の変動を蓄電池が補償するため、電力系統における自然エネルギー電源の大量導入に対応可能。

特開２００５−１６０２８６号公報

しかしながら、負荷減少時の充電量が多いと蓄電池の蓄電池残量（ＳＯＣ：State Of Charge）が満充電状態になり、蓄電池の充電が停止される。そのため、負荷周波数制御の周波数帯域の変動を蓄電池が補償できない場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ピーク電力の削減と負荷周波数制御とを両立することが可能である電力管理システム及び電力管理方法を提供することである。

本発明の一態様は、買電電力と蓄電池の出力する電力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングする第１バンドパスフィルタと、前記合計値の短周期変動の成分をフィルタリングする第２バンドパスフィルタと、所定の時間内において前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように前記蓄電池の出力する電力に対応させて前記蓄電池に対する充電量の最大値を決定する決定部と、前記長周期変動の成分と前記短周期変動の成分との成分合計値及び前記充電量の最大値に基づいて前記蓄電池の出力する電力を決定する蓄電池制御部と、を備える電力管理システムである。

また、本発明の一態様は、上述の電力管理システムであって、前記決定部は、負荷電力の過去実績データの前記長周期変動の成分と前記過去実績データの短周期変動の成分との前記成分合計値に基づいて、前記充電量の最大値を変化させたときの前記蓄電池の残量の推移を計算し、計算した前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となり、且つ最大となる前記充電量の最大値を選択することで、前記蓄電池の充電量の最大値を決定する。

また、本発明の一態様は、上述の電力管理システムであって、負荷電力の過去実績データに基づいて、前記蓄電池の補償周波数帯域を決定する蓄電池補償帯域決定部をさらに有し、前記第１バンドパスフィルタは、前記補償周波数帯域に基づいて、前記買電電力と前記蓄電池の出力する電力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングする。

また、本発明の一態様は、買電電力と蓄電池の出力する電力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングする第１のステップと、前記合計値の短周期変動の成分をフィルタリングする第２のステップと、所定の時間内において前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように前記蓄電池に対する充電量の最大値を決定する第３のステップと、前記長周期変動の成分と前記短周期変動の成分との成分合計値及び前記充電量の最大値に基づいて前記蓄電池の出力する電力を決定する第４のステップと、を含む電力管理方法である。

以上説明したように、本発明によれば、ピーク電力の削減と負荷周波数制御とを両立することが可能である電力管理システム及び電力管理方法を提供することができる。

本実施形態における電力管理システム１の構成を示すブロック図である。本実施形態における負荷電力取得部４０が取得した制御対象日の負荷電力データの一例を示す図である。本実施形態における低域遮断周波数の決定方法を説明する図である。本実施形態における蓄電池出力の決定方法を説明する図である。本実施形態における出力上限値及び出力下限値と蓄電池残量ＳＯＣの上限設定値及び下限設定値との関係を示す図である。本実施形態における蓄電池制御（蓄電池出力指令値計算部３１の構成）を説明するブロック図である。本実施形態における実際の制御対象日の負荷電力データの一例を示す図である。本実施形態の電力管理システム１のシミュレーション結果を示した図である。従来の電力管理システムのシミュレーション結果を示した図である。従来の電力管理システムの概略構成を示す図である。

本実施形態の電力管理システム１は、需要家の負荷電力の減少時において、蓄電池の充電量を抑制しつつ、電力ピークの削減と負荷周波数制御（ＬＦＣ：Load Frequency Control）を両立する。負荷周波数制御とは、自然エネルギー電源の発電電力を調整することにより、電力系統の周波数を規定値に維持する制御である。電力管理システム１は、様々な周波数成分を有する負荷電力の変動を、短周期の負荷変動補償用のバンドパスフィルタと長周期の負荷変動補償用のバンドパスフィルタとの各々に通すことで、各補償帯域の変動を抽出し、抽出した各補償帯域の変動に基づいて蓄電池の出力を決定する。

図１は、本実施形態の電力管理システム１の構成を示すブロック図である。図１において、電力管理システム１は、システム演算部１０、過去実績データＤＢ（データベース）１１、リアルタイムコントローラ１２及び定置用蓄電池部１３を有する。
システム演算部１０は、気象情報取得部２０、気象類似日負荷電力データ取得部２１、蓄電池補償帯域決定部２２、出力初期値決定部２３及び最大充電量決定部２４を有する。
リアルタイムコントローラ１２は、格納部３０及び蓄電池出力指令値計算部３１を有する。

また、上記気象情報取得部２０、気象類似日負荷電力データ取得部２１及び過去実績データＤＢ１１を負荷電力取得部４０として構成することもできる。また、蓄電池補償帯域決定部２２及び出力初期値決定部２３を制御パラメータ決定部４１として構成することもできる。また、最大充電量決定部２４を充電量決定部４２として構成することもできる。格納部３０、蓄電池出力指令値計算部３１及び定置用蓄電池部１３を蓄電池制御部４３として構成することもできる。

負荷電力取得部４０は、制御対象日の前日、又は前日よりも前の日に翌日（制御対象日）の気象情報と類似した気象情報に対応付けられて記録されている負荷電力の過去実績データ（平日、土日・祝日に対応）を取得する（１日１回）。より具体的には、過去実績データＤＢ１１は、外部に設けられたシステムから、負荷電力の履歴、天気、温度、湿度等を含む気象情報を日付に対応づけて記憶する。

気象情報取得部２０は、インターネット２を介して天気、温度、湿度等を含む気象情報を外部に接続された気象情報提供サーバ等から取得する。気象類似日負荷電力データ取得部２１は、気象情報取得部２０によって取得した気象情報に類似する気象情報が対応づけられた負荷電力のデータを、負荷電力の過去実績データとして過去実績データＤＢ１１から取得する。気象情報が類似するか否かの判定は、例えば、天気（天候）が同じであり、お互いの温度と湿度とが、それぞれ所定の範囲内にあれば類似すると判定する。すなわち、天気が同じであっても、お互いの温度と湿度との少なくともいずれかが、所定の範囲外である場合には、類似しないと判定する。また、制御対象日における気温の推移予想グラフと過去の気象情報における気温の推移グラフの相関関係、制御対象日における湿度の推移予想グラフと過去の気象情報における湿度の推移グラフの相関関係によって類似を判断してもよい。なお、本実施形態において、負荷電力取得部４０は、制御対象日の気象情報に類似する気象情報が対応づけられた負荷電力のデータを過去実績データＤＢ１１から取得することで、制御対象日の負荷電力データを予測したが、これに限定されない。例えば、負荷電力取得部４０は、ニュートラルネットワークやカルマンフィルタ等、既存の技術を用いて制御対象日の負荷電力データを予測してもよい。なお、負荷電力データ取得部２１は、例として、図２に示す負荷電力データを制御対象日の負荷電力データとして取得したとする。

制御パラメータ決定部４１は、負荷電力データ取得部２１が取得した負荷電力データ（過去実績データ）を用いて、実効蓄電池容量でピーク電力削減量が最大となる補償帯域及び出力初期値を決定する。ここで、補償帯域とは、蓄電池で補償すべき負荷変動の周波数帯域である。補償帯域を決定する目的は、様々な周波数成分で構成されている負荷変動において、与えられた蓄電池容量で最大限のピーク電力削減量を得るためには、蓄電池で補償すべき負荷変動の周波数帯域を決定する必要があるためである。なお、ピーク電力削減量とは、負荷電力がピークとなる時間帯において、そのピークの負荷電力を削減する削減量である。出力初期値とは、負荷の変動による電力量を補償する負荷変動補償の開始時刻における蓄電池から出力される出力の初期値である。

蓄電池補償帯域決定部２２は、負荷電力取得部４０が取得した負荷電力データ（過去実績データ）を用いて、高域遮断周波数及び低域遮断周波数を決定する。すなわち、蓄電池補償帯域決定部２２は、時刻の経過と負荷電力との関係を表す負荷電力プロファイルのうち、ある時刻の範囲における負荷電力プロファイルから、又は、過去の類似する電力プロファイルや、シミュレーション結果などを解析することで、その負荷電力プロファイルに対応する最適な蓄電池の補償周波数帯域を求める。ここで、例えば、使用する負荷電力データは、業務時間帯のデータである。業務時間帯とは、負荷に電力を供給するために蓄電池を放電する時間帯である。

以下に、本実施形態の蓄電池補償帯域決定部２２の高域遮断周波数及び低域遮断周波数を決定する方法の一例を説明する。

まず、蓄電池補償帯域決定部２２は、負荷電力に含まれる周波数成分を特定するため、負荷電力の過去実績データから、（１）式の離散フーリエ変換の公式を用いて、負荷電力の各周波数ｆ_ｋにおける実数部Ｒ（ｆ_ｋ）、及び虚数部Ｉ（ｆ_ｋ）を計算する。ｘ（ｔ）は負荷電力、ｆ_ｋは周波数、Ｘ（ｆ_ｋ）は周波数ｆ_ｋにおける負荷電力、ｋは１からサンプル数Ｎまでの数を表す。

次に、蓄電池補償帯域決定部２２は、（２）式に基づき、負荷電力の各周波数の振幅｜Ｘ（ｆ_ｋ）｜［ｋＷ］を求める。ｋは、１からＮ／２までの数である。

次に、蓄電池補償帯域決定部２２は、（３）式に基づき、実数部Ｒ（ｆ_ｋ）及び虚数部Ｉ（ｆ_ｋ）を用いて、位相差φ（ｆ_ｋ）［ｒａｄ］を求める。

なお、基本周波数ｆ_１は、（３）式に基づき、負荷電力のサンプリング間隔Δｔ、及びサンプル数Ｎから求められる。また、ナイキスト周波数ｆ_ｓは、（４）式及び（５）式に基づき求められる。

次に、図３を用いて、低域遮断周波数の決定方法を説明する。図３は、（２）式で求めた各周波数の振幅｜Ｘ（ｆｋ）｜の正弦波の時間積分による蓄電池容量の算出方法を示すグラフである。

図３において、縦軸は電力を表し、横軸は時間を表す。電力のグラフは、（２）式より求めた各周波数ｆ_ｋに対する振幅｜Ｘ（ｆ_ｋ）｜を示し、正弦波の半周期分において、（３）式より求めた位相差φ（ｆ_ｋ）を考慮して、蓄電池の充電期間における放電電力と放電期間における放電電力を示している。すなわち、図３における０〜φ（ｆ_ｋ）における電力は充電電力を示し、φ（ｆ_ｋ）〜１／２ｆ_ｋにおける電力は放電電力を示す。

ここで、負荷変動補償に必要な蓄電池容量は、放電量から充電量を引いた値、すなわち、図３の斜線部分で示した放電量から充電量を引いた値によって算出することができる。周波数ｆ_ｋにおける蓄電池容量は、以下に示す（６）式に基づき求められる。

蓄電池補償帯域決定部２２は、離散フーリエ変換で求めた振幅｜Ｘ（ｆ_ｋ）｜、周波数ｆ_ｋ、及び位相差φ（ｆ_ｋ）を用いて、図３に示す半周期分において蓄電池の充電量及び放電量を算出する。

また、位相差φ（ｆ_ｋ）を０［ｒａｄ］として考えると、（６）式においてｃｏｓφ（ｆ_ｋ）＝１となり、すなわち、周波数ｆ_ｋにおける蓄電池容量は、半周期において放電電力量に基づく値となる。一方、位相差φ（ｆ_ｋ）が０［ｒａｄ］でない値の場合を考慮すると、半周期分において、放電量に加えて充電量を考慮した電力量が計算される。位相差φ（ｆ_ｋ）を考慮することにより、放電量のみを考慮した蓄電池容量に対して充電量を考慮するため、より小さい蓄電池容量を算出することになり、負荷変動補償に適切な蓄電池容量の決定をすることができる。

蓄電池補償帯域決定部２２は、（７）式に示すように、各成分の周波数ｆ_ｋにおける蓄電池容量を低域遮断周波数から高域遮断周波数まで積算することにより、蓄電池容量Ｗ（放電量−充電量）を計算する。

このように、蓄電池補償帯域決定部２２は、蓄電池容量Ｗついて、低域遮断周波数から高域遮断周波数まで積算することにより、低域遮断周波数と負荷変動補償に必要な蓄電池容量との関係を求めることができる。蓄電池補償帯域決定部２２は、（７）式に示す関係から、実効蓄電池容量で最も補償帯域を広くとれる低域遮断周波数を、２点の線形補間で求めることができる。すなわち、蓄電池補償帯域決定部２２は、（７）式において求めた低域遮断周波数と負荷変動補償に必要な蓄電池容量との関係において、実効蓄電池容量において最も補償帯域を広くとれる低域遮断周波数を求め、求めた補償帯域の低域遮断周波数の高域側及び低域側の２点の周波数の線形補間によって低域遮断周波数を決定する。なお、高域遮断周波数は、短周期の速い変動を補償してもピーク電力削減効果が小さいことから固定値とする。

出力初期値決定部２３は、蓄電池出力指令値計算部３１から出力される蓄電池出力指令値（後述する）の初期値である出力初期値を算出する。例えば、出力初期値決定部２３は、定置用蓄電池部１３から出力される出力初期値を離散フーリエ変換し、蓄電池補償帯域決定部２２によって算出された高域遮断周波数を上限値、低域遮断周波数を下限値として、逆離散フーリエ変換することで、蓄電池補償帯域決定部２２が高域遮断周波数及び低域遮断周波数を設定した際に予想される蓄電池出力を求め、出力初期値を決定する。出力初期値決定部２３は、決定した出力初期値、高域遮断周波数及び低域遮断周波数を制御パラメータとして最大充電量決定部２４に出力する。このように、制御パラメータ決定部４１は、蓄電池補償帯域決定部２２における上述のような補償帯域を決定する処理、及び出力初期値決定部２３における上述のような出力初期値を決定する処理を例えば１日に１回実行する。なお、制御パラメータ決定部４１は、例として、図２に示す負荷電力データから、高域遮断周波数を１ｍＨｚ、低域遮断周波数を０．０４５ｍＨｚ、出力初期値を７９．７ｋＷに決定した。上記高域遮断周波数１ｍＨｚ、低域遮断周波数０．０４５ｍＨｚ、出力初期値７９．７ｋＷの決定に際し、蓄電池は、定格出力９０ｋＷ、定格容量１６３ｋＷｈと仮定し、蓄電池残量（ＳＯＣ：State Of Charge）の使用範囲を３０％から９５％と設定し、実効蓄電池容量を１０６ｋＷｈとした。

最大充電量決定部２４は、制御パラメータ決定部４１から供給された制御パラメータ（出力初期値、高域遮断周波数及び低域遮断周波数）及び負荷電力取得部４０が取得した負荷電力データに基づいて、蓄電池の出力値（以下、「蓄電池出力」という。）を算出する。そして、最大充電量決定部２４は、算出した蓄電池出力を時間積分することにより蓄電池の使用容量の推移、すなわち蓄電池の蓄電池残量ＳＯＣの推移を計算する。最大充電量決定部２４は、蓄電池残量ＳＯＣの推移に基づいて、蓄電池の充電量の最大値（以下、「充電量最大値」）を決定する。上記充電量最大値は、蓄電池の運転時間帯において、蓄電池の使用容量の推移が０、すなわち蓄電池残量ＳＯＣが使用範囲の上限値に達しないときの蓄電池の充電量の最大値である。

以下に、本実施形態における最大充電量決定部２４の充電量最大値の決定方法について説明する。
まず、最大充電量決定部２４は、制御パラメータ及び負荷電力データに基づいて、蓄電池出力を計算する。図４は、本実施形態における蓄電池出力の決定方法を説明する図である。最大充電量決定部２４は、ピークカット用バンドパスフィルタ５０、第１出力リミッタ５１、ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２、加算器５３及び第２出力リミッタ５４を備える。

図４に示すように、最大充電量決定部２４は、ピークカット用バンドパスフィルタ５０とＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２との２つのバンドパフィルタを用いる。

各バンドパスフィルタは、ローパスフィルタとハイパスフィルタによって構成することができる。ここで、ローパスフィルタの入力をｘ（ｎ）、ローパスフィルタの出力（ハイパスフィルタの入力）をｙ（ｎ）、ハイパスフィルタの出力をｚ（ｎ）として、ｙ（ｎ）は、ｘ（ｎ）を入力とし、高域遮断周波数によって定められたｘ（ｎ）の高域周波数を遮断するローパスフィルタの出力である。また、ｚ（ｎ）は、ｙ（ｎ）を入力とし、低域遮断周波数によって定められたｘ（ｎ）の低域周波数を遮断するハイパスフィルタの出力である。各バンドパスフィルタは、一例として以下に示す式で表される。

ｙ_ｎは、中間出力値（ｋＷ）である。ｙ_ｎ−１は、ｙ_ｎの１ステップ前の中間出力値（ｋＷ）である。ｙ_ｎは、以下に示す式で表すことができる。

ここで、ｘ_ｎ−１は、バンドパスフィルタに入力するｘ_ｎの１ステップ前の負荷電力（ｋＷ）である。Ｔは、制御周期であり、例えば１ｓである。ω_Ｌは、高域遮断角周波数である。ω_Ｈは、低域遮断角周波数である。ω_Ｌ及びω_Ｈは、以下で示す式で表すことができる。

ｆ_Ｌは、高域遮断周波数である。ｆ_Ｈは、低域遮断周波数である。本実施形態において、ピークカット用バンドパスフィルタ５０の高域遮断周波数をｆ_Ｌｐ、低域遮断周波数をｆ_Ｈｐとする。ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２の高域遮断周波数をｆ_ＬＬ、低域遮断周波数をｆ_ＨＬとする。

次に、本実施形態における蓄電池出力の決定方法の流れについて説明する。
最大充電量決定部２４は、負荷電力取得部４０が取得した負荷電力（ｘ_ｎ）をピークカット用バンドパスフィルタ５０とＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２とに供給する。

ピークカット用バンドパスフィルタ５０は、負荷電力データの長周期変動の成分を抽出する。ピークカット用バンドパスフィルタ５０は、制御パラメータ決定部４１で決定した高域遮断周波数と低域遮断周波数とをそれぞれ高域遮断周波数ｆ_Ｌｐ、低域遮断周波数ｆ_Ｈｐとして式（８）を用いて蓄電池出力ｚ_ｎを第１の蓄電池出力ｚ_ｎ１として求める。ピークカット用バンドパスフィルタ５０は、求めた第１の蓄電池出力ｚ_ｎ１を第１出力リミッタ５１に出力する。なお、制御パラメータ決定部４１で決定した出力初期値をピークカット用バンドパスフィルタ５０の出力初期値Ｚ_ｄとする。

第１出力リミッタ５１は、第１の蓄電池出力ｚ_ｎ１において、蓄電池の充電量最大値を所定の値に設定し、設定した充電量最大値において出力可能な蓄電池出力を第２の蓄電池出力ｚ_ｎ２として算出する。例えば、第１出力リミッタ５１は、第１の蓄電池出力ｚ_ｎ１と充電量最大値との組み合わせに対応する蓄電池出力をテーブルから参照することで決定する。上記テーブルには、第１の蓄電池出力ｚ_ｎ１、充電量最大値及び蓄電池出力が過去の実績に基づいて予め対応付けられている。

ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２は、負荷電力データの短周期変動の成分を抽出する。例えば、ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２では、自身で用いられる低域遮断周波数ｆ_ＨＬとしてピークカット用バンドパスフィルタの高域遮断周波数ｆ_Ｌｐを用いる。高域遮断周波数ｆ_ＬＬは、予め設定される。なお、短周期とは、数分から十数分程度の周期であるため、一例として、高域遮断周波数ｆ_ＬＬを１０ｍＨｚとし、低域遮断周波数ｆ_ＨＬを１ｍＨｚとする。ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２は、高域遮断周波数ｆ_ＬＬ、低域遮断周波数ｆ_ＨＬそれぞれを式（８）に代入することで蓄電池出力ｚ_ｎを第３の蓄電池出力ｚ_ｎ３として求める。また、ピークカット用バンドパスフィルタ５０は、求めた第３の蓄電池出力ｚ_ｎ３を加算器５３に出力する。なお、ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２の出力初期値は、０に固定されている。なお、ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２の出力側に第１出力リミッタ５１に相当する出力リミッタがないのは、太陽光発電等の自然エネルギーの変動を蓄電池で最大限補償させるために、負荷周波数制御の周波数帯域の変動を蓄電池の定格出力（第２出力リミッタ５４）で補償させるためである。また、短周期変動を蓄電池で補償しても、その補償による蓄電池の蓄電池容量への影響が小さいため、ピークカット用バンドパスフィルタ５０のみに第１出力リミッタ５１を設けている。

加算器５３は、第２の蓄電池出力ｚ_ｎ２と第３の蓄電池出力ｚ_ｎ３とを加算し、第２出力リミッタ５４に出力する。
第２出力リミッタ５４は、第２の蓄電池出力ｚ_ｎ２と第３の蓄電池出力ｚ_ｎ３との加算値の振幅を出力範囲の上限値及び下限値により制限する。この出力上限値及び出力下限値は、蓄電池残量ＳＯＣの上限設定値及び下限設定値から設定される。図５は、出力上限値及び出力下限値と蓄電池残量ＳＯＣの上限設定値及び下限設定値との関係を示す図である。第２出力リミッタ５４は、第２の蓄電池出力ｚ_ｎ２と第３の蓄電池出力ｚ_ｎ３との加算値を、上限設定値と下限設置値とにより制限された蓄電池出力とする。

最大充電量決定部２４は、第１出力リミッタ５１の充電量最大値を所定の値毎に変化させながら、上記蓄電池出力の決定方法に基づいて、充電量最大値毎に蓄電池出力を決定する。例えば、最大充電量決定部２４は、充電量最大値を−１０ｋＷ〜−９０ｋＷ（定格出力）まで−１０ｋＷ刻みで変化させた場合の蓄電池出力を決定する。最大充電量決定部２４は、決定した蓄電池出力を時間積分することで蓄電池残量ＳＯＣの推移を充電量最大値毎に求める。最大充電量決定部２４は、蓄電池残量ＳＯＣの推移が上限値（第２出力リミッタ５４の設定上限値９５％）に達しない範囲で最も大きくなる充電量最大値を選択する。最大充電量決定部２４は、決定した充電量最大値を格納部３０に出力する。

格納部３０は、高域遮断周波数、低域遮断周波数及び最大充電量決定部２４が決定した充電量最大値を格納する。

次に、蓄電池制御部４３が行う蓄電池制御処理について説明する。蓄電池制御部４３は、例えば、蓄電池制御処理を制御周期１秒として実行する。蓄電池制御部４３は、所定の蓄電池制御のアルゴリズムに従って、リアルタイム制御で、様々な周波数成分を持つ負荷電力の変動（買電電力と蓄電池出力との合計）をピークカット用バンドパスフィルタ５０とＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２とのそれぞれに通すことで、各補償帯域の変動を抽出して加算し、蓄電池出力値を求める。なお、第１出力リミッタ５１の充電量最大値は、格納部３０に格納された充電量最大値、すなわち最大充電量決定部２４で決定した充電量最大値である。

図６は、本実施形態における蓄電池制御（蓄電池出力指令値計算部３１の構成）を説明するブロック図である。蓄電池出力指令値計算部３１は、加算器６０、ピークカット用バンドパスフィルタ５０、第１出力リミッタ５１、ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２、加算器５３及び第２出力リミッタ５４を備える。
加算器６０は、買電電力と蓄電池出力とを加算する。ピークカット用バンドパスフィルタ５０は、低域遮断周波数ｆ_Ｈｐと高域遮断周波数ｆ_Ｌｐと出力初期値Ｚ_ｄとに従って、加算器６０から供給される買電電力と蓄電池出力との合計値をフィルタリングする。第１出力リミッタ５１は、ピークカット用バンドパスフィルタ５０から供給される出力信号の振幅を最大充電量決定部２４で決定した充電量最大値により制限する。第１出力リミッタ５１は、制限された出力信号を加算器５３に出力する。

ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２は、低域遮断周波数ｆ_ＨＬと高域遮断周波数ｆ_ＬＬと所定の出力初期値（例えば、０ｋＷ）とに従って、加算器６０から供給される買電電力と蓄電池出力との合計値をフィルタリングする。ＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２は、フィルタリングすることで決定した出力信号を加算器５３に出力する。
加算器５３は、第１出力リミッタとＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２とから供給された出力信号を加算し、第２出力リミッタ５４に出力する。

第２出力リミッタ５４は、蓄電池残量ＳＯＣの上限設定値及び下限設定値から設定される出力上限値及び出力下限値の範囲内の補償帯域の変動を抽出して蓄電池出力指令値を求め、蓄電池出力指令値を定置用蓄電池部１３に出力する。

定置用蓄電池部１３は、上記蓄電池出力指令値計算部３１からの蓄電池出力指令値に従って、自身の内部に設けられた蓄電池の出力を制御する。

次に、本実施形態の電力管理システム１の効果について説明する。以下に、電力管理システム１のピーク電力削減量についてＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ(マトラボ（マットラブ）／シミュリンク)（登録商標）を用いてシミュレーションを行った。なお、蓄電池は、定格出力が９０ｋＷであり、定格容量が１６３ｋＷｈとして、上記シミュレーションを行った。ただし、電池残量）の使用範囲を３０％から９５％と設定しているため、実効蓄電池容量は１０６ｋＷｈとなる。

また、シミュレーションとして、気象情報取得部２０は、過去の負荷データから翌日の気象情報と類似した負荷電力として図２に示す負荷電力データを取得したと仮定する。
蓄電池補償帯域決定部２２は、図２に示す負荷電力データから、高域遮断周波数を１ｍＨｚ、低域遮断周波数を０．０４５ｍＨｚに決定した。また、出力初期値決定部２３は、蓄電池補償帯域決定部２２が決定した高域遮断周波数及び低域遮断周波数に基づいて出力初期値を７９．７ｋＷに決定した。

最大充電量決定部２４は、図２に示す負荷電力データに基づいて、充電量最大値を−１０ｋＷ〜−９０ｋＷ（定格出力）まで−１０ｋＷ刻みで変化させた場合の蓄電池出力を取得した。そして、最大充電量決定部２４は、蓄電池出力を積分することで算出される蓄電池残量ＳＯＣの推移が第２出力リミッタ５４の設定上限値９５％に達しない範囲で最も大きくなる充電量最大値を−２０ｋＷに決定する。

蓄電池制御部４３は、図７に示す負荷電力データを制御対象日の負荷電力データとして、ピークカット用バンドパスフィルタ５０とＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２とのそれぞれに通して、各補償帯域の変動を抽出して加算し、蓄電池出力値を解いた。

図８は、シミュレーションにおいて、制御パラメータ決定部４１で決定した制御パラメータと最大充電量決定部２４が決定した充電量最大値（−２０ｋＷ）とを用いて、蓄電池制御処理を行った結果を示す。図８（ａ）は１秒刻みの電力（ｋＷ）と電力量（ｋＷｈ）を示す。図８（ｂ）は、３０分平均毎の負荷電力と買電電力との推移を示す図である。上記のシミュレーションの結果、本実施形態における電力管理システム１では、図８（ａ）に示すように蓄電池の使用容量が９０．８ｋＷｈと計算され、図８（ｂ）に示すように、ピーク電力削減量が４０．５ｋＷと計算された。図８に示すように、蓄電池の運転時間帯（７時３０分から１６時３０分）において蓄電池が停止している時間帯がないため、ピーク電力の削減を達成し、且つ蓄電池が負荷周波数制御の周波数帯域の変動に対応できている。

図９は、従来の電力管理システムのシミュレーション結果を示す図である。図１０は、従来の電力管理システムの概略構成図を示す図である。従来の電力管理システムは、電力管理システム１と比較して、短周期の負荷変動補償用のバンドパスフィルタと長周期の負荷変動補償用のバンドパスフィルタとの区別がなく、１つのバンドパスフィルタが用いられている。また、従来の電力管理システムは、充電量最大値を決定する第１出力リミッタ５１が用いられていない。
図９（ａ）は１秒刻みの電力（ｋＷ）と電力量（ｋＷｈ）を示す。図９（ｂ）は、３０分平均毎の負荷電力と買電電力との推移を示す図である。なお、シミュレーションには、図７に示す負荷電力データをリアルタイムの負荷電力として用いた。上記のシミュレーションの結果、従来の電力管理システムでは、図９（ａ）に示すように蓄電池の使用容量９１．４ｋＷｈと計算され、ピーク電力削減量が４２．４ｋＷと計算された。図９に示すように、従来の電力管理システムは、ピーク電力の削減が可能であるが、蓄電池の運転時間帯（７時３０分から１６時３０分）において蓄電池が停止している時間帯があり、蓄電池が負荷周波数制御の周波数帯の変動に対応できていないことがわかる。

図８及び図９に示すシミュレーションの結果より、本実施形態における電力管理システム１は、蓄電池の充電量を抑制しつつ、蓄電池によるピークカットと負荷周波数制御との機能を両立し、自然エネルギーを最大限活用することができる。

上述したように、本実施形態の電力管理システム１は、買電電力と蓄電池の出力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングするピークカット用バンドパスフィルタ５０と、その合計値の短周期変動の成分をフィルタリングするＬＦＣ用バンドパスフィルタ５２と、長周期変動の成分と短周期変動の成分との合計値に基づいて蓄電池の出力を決定する蓄電池制御部４３と、所定の時間内において蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように蓄電池の充電量の最大値を設定する最大充電量決定部と、を備える。これにより、蓄電池の運転時間帯において蓄電池が停止することなく、ピーク電力を削減できる。したがって、電力管理システム１は、時間帯ピーク電力の削減と負荷周波数制御とを両立することが可能である。

上述した実施形態における電力管理システム１をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１電力管理システム
１０システム演算部
１１過去実績データＤＢ
１２リアルタイムコントローラ
１３定置用蓄電池部
２１気象類似日負荷電力データ取得部
２２蓄電池補償帯域決定部
２３出力初期値決定部
２４最大充電量決定部
３０格納部
３１蓄電池出力指令値計算部
４０負荷電力取得部
４１制御パラメータ決定部
４２充電量決定部
４３蓄電池制御部

Claims

買電電力と蓄電池の出力する電力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングする第１バンドパスフィルタと、
前記合計値の短周期変動の成分をフィルタリングする第２バンドパスフィルタと、
所定の時間内において前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように前記蓄電池に対する充電量の最大値を決定する決定部と、
前記長周期変動の成分と前記短周期変動の成分との成分合計値及び前記充電量の最大値に基づいて前記蓄電池の出力する電力を制御する蓄電池制御部と、
を備える電力管理システム。
前記決定部は、負荷電力の過去実績データの前記長周期変動の成分と前記過去実績データの前記短周期変動の成分との前記成分合計値に基づいて、前記充電量の最大値を変化させたときの前記蓄電池の残量の推移を計算し、計算した前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となり、且つ最大となる前記充電量の最大値を選択することで、前記蓄電池の充電量の最大値を決定する請求項１に記載の電力管理システム。
負荷電力の過去実績データに基づいて、前記蓄電池の補償周波数帯域を決定する蓄電池補償帯域決定部をさらに有し、
前記第１バンドパスフィルタは、前記補償周波数帯域に基づいて、前記買電電力と前記蓄電池の出力する電力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングする請求項１又は請求項２に記載の電力管理システム。
買電電力と蓄電池の出力する電力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングする第１のステップと、
前記合計値の短周期変動の成分をフィルタリングする第２のステップと、
所定の時間内において前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように前記蓄電池に対する充電量の最大値を決定する第３のステップと、
前記長周期変動の成分と前記短周期変動の成分との成分合計値及び前記充電量の最大値に基づいて前記蓄電池の出力する電力を制御する第４のステップと、
を含む電力管理方法。