JP6482170B2 - エネルギ・マネジメント・システム、電力システム、エネルギ管理方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
特許文献1には、分散型電源を使用した場合に系統に発生する電力変動を抑制すると共に、蓄電装置の残存容量を管理する技術が記載されている。
図1は、本発明の第一の実施形態によるエネルギ・マネジメント・システム10を備える電力システム1の構成の一例を示す図である。
図1で示す第一の実施形態による電力システム1は、ビルやタウンで使用される例を示している。図1には、電力システム1と共に、系統2と、通信網3と、電力検出部30と、発電設備40と、負荷設備50と、通信装置311と、通信装置411と、通信装置511が示されている。
エネルギ・マネジメント・システム10は、情報取得部101と、運用計画生成部102と、電力量特定部103と、充放電電力特定部104と、充放電計画生成部105と、フィルタ106と、記憶部107と、通信装置111とを備える。
蓄電システム20は、制御装置201と、インバータ202と、二次電池203と、通信装置211とを備える。
記憶部107は、電力システム1に必要な情報を記憶する。
通信装置111は、通信網3を介して、通信装置211、311、411、511と通信する。
二次電池203は、インバータ202を介して系統2との間で電力を充放電する。
通信装置211は、通信網3を介して、通信装置111、311、411、511と通信する。
通信装置311は、通信網3を介して、通信装置111、211、411、511と通信する。
通信装置411は、通信網3を介して、通信装置111、211、311、511と通信する。
通信装置511は、通信網3を介して、通信装置111、211、311、411と通信する。
系統2は、交流電力を送受電する。具体的には、系統2は、蓄電システム20と交流電力を送受電する。系統2は、発電設備40から電力を受電する。系統2は、負荷設備50に電力を送電する。
通信網3は、通信装置111、211,311,411,511間で行う通信の通信情報を伝送する。
記憶部107は、情報取得部101が過去に、外部の入力装置または通信装置111を介して取得した、気象情報、発電設備40が発電する発電電力情報、負荷設備50が消費する消費電力情報、二次電池203の充電率など、電力システム1に必要な情報を記憶しているものとする。
情報取得部101は、外部の入力装置または通信装置111を介して、電力システム1を運用日の気象情報を取得する。情報取得部101は、電力システム1の現在(運用日)の二次電池203の充電率を取得する。情報取得部101は、電力システム1を運用日の時間帯ごとの電気料金情報を取得する。情報取得部101は、取得した気象情報と、二次電池203の充電率の情報と、電気料金情報とを運用計画生成部102に出力する。
運用計画生成部102は、情報取得部101から気象情報と、二次電池203の充電率の情報と、電気料金情報とを入力すると、過去の気象情報と発電設備40の発電電力の関係を示す実績情報を記憶部107から読み出す。運用計画生成部102は、過去の気象情報と負荷設備50の消費電力の関係を示す実績情報を記憶部107から読み出す。運用計画生成部102は、気象情報と、二次電池203の充電率の情報と、電気料金情報と、過去の気象情報と発電設備40の発電電力の関係を示す実績情報と、過去の気象情報と負荷設備50の消費電力の関係を示す実績情報とに基づいて、二次電池203の運用計画を生成する。
この図で示す運用計画の縦軸は残存容量計画である。また、この図で示す運用計画の横軸は時間[分]である。
例えば、記憶部107に過去の気象情報と発電設備40の発電電力と負荷設備50の消費電力の関係を示す実績情報がデータベースとして記録されているとする。運用計画生成部102は、そのデータベースを読み出す。運用計画生成部102は、電力システム1を運用日が10月10日であり気象情報として晴れ情報である場合、そのデータベースから過去の10月10日前後の日付で晴れの気象情報が最も近い気象情報を特定する。運用計画生成部102は、データベースの特定した気象情報に関連付けられている発電電力と消費電力のそれぞれを電力発電設備40の発電電力と、負荷設備50の消費電力とみなす。運用計画生成部102は、これらの電力からどの時間帯にどの程度の電力要求があるかを特定する。
また、運用計画生成部102は、最新の電気料金情報から電気料金が比較的安い時間帯と比較的高い時間帯を特定する。そして、運用計画生成部102は、電気料金が安い時間帯に二次電池203を充電し、電気料金が高い時間帯に二次電池203を放電することにより、ダイナミックプライシングを実現するように計画する。また、運用計画生成部102は、系統2側からの消費電力の低減要求であるデマンドレスポンスやピーク電力の低減要求であるピークカットなどにも対応できるように計画する。
このように、運用計画生成部102は、図2で示すような二次電池203の運用計画を生成する。そして、運用計画生成部102は、生成した運用計画を電力量特定部103に出力する。
この図で示す二次電池203を時間帯ごとに充放電すべき電力量(以下、目標電力量)の縦軸は電力量計画である。また、この図で示す目標電力量の横軸は時間[分]である。
例えば、電力量特定部103は、運用計画生成部102から入力した運用計画を時間微分する。これにより、電力量特定部103は、残存容量計画の変化量を演算し求める。そして、電力量特定部103は、所定の時間帯ごと、例えば30分ごとに残存容量計画の変化量を特定する。ここで電力量特定部103が所定の時間帯ごとに特定した残存容量計画が、目標電力量である。
このように、電力量特定部103は、図3で示すような目標電力量を特定する。そして、電力量特定部103は、特定した目標電力量を充放電電力特定部104に出力する。
ところで、二次電池203を充電する場合、(交流端充電電力量[キロワット時])=(残存容量計画[キロワット時])÷(充電効率)÷(放電効率)で求められる効率を求めることが望ましい。二次電池203を充電する場合に抵抗によって熱となる損失が発生する。そのため、二次電池203に10[キロワット時]の電力量を充電するには損失として失われる電力を差し引いて10[キロワット時]になるように充電する必要がある。
なお、目標電力量は放電効率を含んだ電力量である。そのため、二次電池203の充電時には放電効率で除算する必要がある。また、二次電池203の放電時には放電効率で乗算する必要がない。
この図で示す二次電池203の充放電効率の縦軸は効率[パーセント]である。また、この図で示す二次電池203の充放電効率の横軸は充放電する電力[キロワット]である。
例えば、充放電電力特定部104は、図4における最大の充電効率の電力で時間帯を示す時間充電した場合の、放電効率を含む残存容量の増加量を(残存容量増加量[キロワット時])=(充電電力[キロワット])×(充電効率)×(放電効率)×(時間[時])と算出する。そして、充放電電力特定部104は、算出した(残存容量増加量[キロワット時])と、目標電力量とを比較する。
この場合、充放電電力特定部104は、充電電力を電力Aよりも大きくして再計算する。そして、充放電電力特定部104は、目標電力量を所定の時間内で充電できる電力になるまで大きくする。
この場合、充放電電力特定部104は、放電電力を電力Bよりも大きくして再計算する。そして、充放電電力特定部104は、目標電力量を所定の時間内で放電できる電力になるまで大きくする。
このようにすることで、充放電電力特定部104は、所定の時間帯内の充放電効率が最も高くなる充放電電力を特定することができる。充放電電力特定部104は、各時間帯に対して充放電効率が最も高くなる充放電電力を特定する度に、特定した充放電電力における充放電時間を算出する。そして、充放電電力特定部104は、特定した充放電電力と充放電時間とを算出する度に充放電計画生成部105に出力する。
充放電計画生成部105は、生成した充放電計画をフィルタ106に出力する。
この図で示す充放電計画における電力の変化の緩和の縦軸は電力計画[キロワット]である。また、この図で示す充放電計画における電力の変化の緩和の横軸は時間[分]である。
この図で示す破線は充放電計画生成部105が出力した充放電計画であり、実線はフィルタ106が出力した充放電計画である。
破線で示す充放電計画生成部105が出力する充放電計画がフィルタ106を通過せずに通信装置211に出力された場合、充放電計画を受信する制御装置201は、インバータ202に対して二次電池203の充電電力を急激に増大させる制御を行う。その場合、系統2の電力が急激に変動する。電力検出部30は系統2の電力変動を検出して、通信装置311を介して通信装置211に送信する。制御装置201は、電力検出部30が検出した系統2の電力変動を抑制するようにインバータ202を制御し二次電池203を放電する。このように、系統2の電力変動を検出した電力検出部30が直接検出結果を通信装置211に出力する。しかしながら、制御装置201が電力検出部30の検出結果を受信し、インバータ202を直ちに制御を開始しても、実際に電力変動が抑制されるまでにはタイムラグが生じてしまう。
本発明の実施形態によるエネルギ・マネジメント・システム10は、運用計画生成部102と、電力量特定部103と、充放電電力特定部104と、充放電計画生成部105とを備える。運用計画生成部102は、二次電池203の運用計画(時刻と二次電池203の残存容量との関係を示す)を生成する。電力量特定部103は、運用計画生成部102が生成した運用計画の時間帯ごとに、当該時間帯で充放電すべき電力量を特定する。充放電電力特定部104は、電力量特定部103が特定した電力量を、時間帯内で充放電するときに、充放電効率が最も高くなる充放電電力を特定する。充放電計画生成部105は、充放電電力で、電力量特定部103が特定した電力量を二次電池203に充放電させる充放電計画を生成する。
このようにすれば、電力システム1は蓄電装置を効率的に、経済的に充電できる。
本発明の第二の実施形態によるエネルギ・マネジメント・システム10と蓄電システム20を備える電力システム1について説明する。
第二の実施形態によるエネルギ・マネジメント・システム10の電力量特定部103、充放電電力特定部104と、充放電計画生成部105は、時間帯が二次電池203の充放電の隣り合った切り替わりの間隔であるものとして演算する。
この図で示す目標電力量の縦軸は電力量計画である。第二の実施形態による電力量特定部103は、時間帯が二次電池203の充放電の隣り合った切り替わりの間隔であるものとしている。従って、図6で示すように、時間帯の長さは様々である。
本発明の実施形態によるエネルギ・マネジメント・システム10は、運用計画生成部102と、電力量特定部103と、充放電電力特定部104と、充放電計画生成部105とを備える。運用計画生成部102は、二次電池203の運用計画(時刻と二次電池203の容量との関係を示す)を生成する。電力量特定部103は、運用計画生成部102が生成した運用計画の時間帯ごとに、当該時間帯で充放電すべき電力量を特定する。充放電電力特定部104は、電力量特定部103が特定した電力量を、時間帯内で充放電するときに、充放電効率が最も高くなる充放電電力を特定する。充放電計画生成部105は、充放電効率が最も高くなる充放電電力で、電力量特定部103が特定した電力量を二次電池203に充放電させる充放電計画を生成する。
このようにすれば、電力システム1は蓄電装置を効率的に、経済的に充電できる。
2・・・系統
3・・・通信網
10・・・エネルギ・マネジメント・システム
20・・・蓄電システム
30・・・電力検出部
40・・・発電設備
50・・・負荷設備
101・・・情報取得部
102・・・運用計画生成部
103・・・電力量特定部
104・・・充放電電力特定部
105・・・充放電計画生成部
106・・・フィルタ
107・・・記憶部
108・・・効率演算補正部
111、211、311、411、511・・・通信装置
201・・・制御装置
202・・・インバータ
203・・・二次電池
Claims (4)
- 二次電池の運用計画を生成する運用計画生成部と、
前記運用計画生成部が生成した運用計画の前記二次電池の充放電の隣り合った切り替わりの間隔によって示される時間帯ごとに、当該時間帯で充放電すべき電力量を特定する電力量特定部と、
最大の充電効率の電力で前記時間帯に係る時間の間充放電したときの電力量が、前記電力量特定部が特定した電力量より大きい場合に、最大の充電効率に係る電力を充放電電力として特定し、最大の充電効率の電力で前記時間帯に係る時間の間充放電したときの電力量が、前記電力量特定部が特定した電力量より小さい場合に、前記時間帯に係る時間で目標電力量を充放電できる電力を充放電電力として特定する充放電電力特定部と、
特定した前記充放電電力で、前記電力量特定部が特定した電力量を前記二次電池に充放電させる充放電計画を生成する充放電計画生成部と、
前記充放電計画生成部が生成した前記充放電計画の電力変動を緩和した充放電計画を生成するフィルタと
を備えるエネルギ・マネジメント・システム。 - 請求項1に記載のエネルギ・マネジメント・システムと、
前記エネルギ・マネジメント・システムが備える充放電計画生成部が生成する充放電計画に基づいて、制御信号を出力する制御装置と、
前記制御装置が出力する制御信号に基づいて、直流電力と交流電力とを双方向に電力変換可能なインバータと、
を備える電力システム。 - 二次電池の運用計画を生成し、
生成した運用計画の前記二次電池の充放電の隣り合った切り替わりの間隔によって示される時間帯ごとに、当該時間帯で充放電すべき電力量を特定し、
最大の充電効率の電力で前記時間帯に係る時間の間充放電したときの電力量が前記特定した電力量より大きい場合に、最大の充電効率に係る電力を充放電電力として特定し、最大の充電効率の電力で前記時間帯に係る時間の間充放電したときの電力量が前記特定した電力量より小さい場合に、前記時間帯に係る時間で目標電力量を充放電できる電力を充放電電力として特定し、
前記充放電電力で、特定した電力量を前記二次電池に充放電させる充放電計画を生成し、
前記生成した前記充放電計画の電力変動を緩和した充放電計画を生成する
エネルギ管理方法。 - エネルギ・マネジメント・システムのコンピュータを、
二次電池の運用計画を生成する運用計画生成手段と、
前記運用計画生成手段が生成した運用計画の前記二次電池の充放電の隣り合った切り替わりの間隔によって示される時間帯ごとに、当該時間帯で充放電すべき電力量を特定する電力量特定手段と、
最大の充電効率の電力で前記時間帯に係る時間の間充放電したときの電力量が、前記電力量特定部が特定した電力量より大きい場合に、最大の充電効率に係る電力を充放電電力として特定し、最大の充電効率の電力で前記時間帯に係る時間の間充放電したときの電力量が、前記電力量特定部が特定した電力量より小さい場合に、前記時間帯に係る時間で目標電力量を充放電できる電力を充放電電力として特定する充放電電力特定手段と、
前記充放電電力で、前記電力量特定手段が特定した電力量を前記二次電池に充放電させる充放電計画を生成する充放電計画生成手段と、
前記充放電計画生成部が生成した前記充放電計画の電力変動を緩和した充放電計画を生成するフィルタと
として機能させるためのプログラム。
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