JP6544554B2

JP6544554B2 - 電力管理システム、電力管理方法

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Publication number: JP6544554B2
Application number: JP2015004482A
Authority: JP
Inventors: 貴之杉本; 山根　俊博; 俊博山根; 英介下田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2035-01-13
Also published as: JP2016131439A

Description

本発明は、ピーク電力削減量を最大化する電力管理システム、電力管理方法に関する。

買電電力のピーク電力を削減することを目的として、マイクログリッド発電に用いられる蓄電池の蓄電池容量に対してピーク電力削減量が最大となる補償帯域を決定する電力管理システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４−１８０１３４号公報

しかし、補償帯域を決定する際に用いられる負荷変動を補償するために必要な蓄電池容量を必要以上に大きな容量として算出する場合があった。
また、負荷変動補償開始時刻における蓄電池から出力される出力の初期値（以下、「出力初期値」と呼ぶ。）は、負荷変動補償開始時刻の後の時刻における蓄電池の出力に影響を与えるため、出力初期値はピーク電力削減量に対しても影響を及ぼす。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、限られた蓄電池容量において高いピーク電力削減効果を得る適切な出力初期値を算出する電力管理システム、及び電力管理方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の電力管理システムは、蓄電池の出力を制御する電力管理システムであって、負荷電力の過去実績データを取得する負荷電力取得部と、前記負荷電力取得部によって取得された前記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補償帯域決定部と、前記負荷電力取得部によって取得された前記過去実績データに基づいて、前記蓄電池の出力初期値を決定する出力初期値決定部と、買電電力と前記蓄電池の出力の合計を入力値として、前記補償帯域決定部によって決定された前記蓄電池の補償周波数帯域と前記出力初期値決定部によって決定された前記蓄電池の出力初期値とに基づいて前記蓄電池の出力を指令する指令値を出力値として計算する蓄電池制御部とを備え、前記補償帯域決定部は、前記負荷電力の過去実績データから離散フーリエ変換によって各周波数の振幅及び位相差を算出し、該振幅及び該位相差と周波数とに基づいて、前記蓄電池の補償周波数帯域の下限の周波数である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示す組み合わせを複数求め、求めた組み合わせのうち２つの組み合わせの線形補間により、実効蓄電池容量で最も補償帯域を広くとれる前記低域遮断周波数を決定し、前記出力初期値決定部は、前記補償帯域決定部によって決定された前記低域遮断周波数に応じて定まる前記蓄電池の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との合計値をフィルタリングすることで求められる該合計値のフィルタリング出力の初期値を、前記蓄電池の出力初期値とする。

また、本発明は、上記の発明において、前記出力初期値決定部は、前記蓄電池の補償周波数帯域の上限の周波数である高域遮断周波数としてナイキスト周波数を用いるものであってもよい。

また、本発明は、上記の発明において、前記出力初期値決定部は、前記低域遮断周波数が基本周波数の整数倍でないときには、前記低域遮断周波数のうち、該基本周波数の整数倍である周波数の２点における出力初期の線形補間によって前記出力初期値を算出するものであってもよい。

上述した課題を解決するために、本発明の電力管理方法は、蓄電池の出力を制御する電力管理方法であって、負荷電力の過去実績データを取得する負荷電力取得ステップと、前記負荷電力取得ステップによって取得された前記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補償帯域決定ステップと、前記負荷電力取得ステップによって取得された前記過去実績データに基づいて、前記蓄電池の出力初期値を決定する出力初期値決定ステップと、買電電力と前記蓄電池の出力の合計を入力値として、前記補償帯域決定ステップによって決定された前記蓄電池の補償周波数帯域と前記出力初期値決定ステップによって決定された前記蓄電池の出力初期値とに基づいて前記蓄電池の出力を指令する指令値を出力値として計算する蓄電池制御ステップとを有し、前記補償帯域決定ステップは、前記負荷電力の過去実績データから離散フーリエ変換によって各周波数の振幅及び位相差を算出し、該振幅及び該位相差と周波数とに基づいて、前記蓄電池の補償周波数帯域の下限の周波数である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示す組み合わせを複数求め、求めた組み合わせのうち２つの組み合わせの線形補間により、実効蓄電池容量で最も補償帯域を広くとれる前記低域遮断周波数を決定し、前記出力初期値決定ステップは、前記補償帯域決定ステップによって決定された前記低域遮断周波数に応じて定まる前記蓄電池の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との合計値をフィルタリングすることで求められる該合計値のフィルタリング出力の初期値を、前記蓄電池の出力初期値とする。

この発明によれば、限られた蓄電池容量において高いピーク電力削減効果を得る適切な出力初期値を算出す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。

電力管理システム１の構成を示すブロック図である。蓄電池制御のアルゴリズムを示すブロック図である。各周波数の振幅｜Ｘ（ｆ_ｋ）｜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。１次バンドパスフィルタのゲイン特性を示すグラフである。１次バンドパスフィルタの位相差特性を示すグラフである。負荷電力プロファイルを示すグラフである。負荷電力の周波数解析結果を示すグラフである。蓄電池の出力初期値の算出結果を示すグラフである。低域遮断周波数と出力初期値の関係を示す表である。本発明における負荷電力と買電電力のシミュレーション結果を示すグラフである。従来技術における負荷電力と買電電力のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

先ず、図１を用いて、本実施形態における電力管理システムの構成を説明する。図１は、電力管理システム１の構成を示すブロック図である。本発明は、蓄電池によるピーク電力削減効果を向上させる電力管理システムとして、与えられた蓄電池容量に対してピーク電力削減量が最大となる補償帯域の上下限周波数を決定する機能（以下、補償帯域決定機能と呼ぶ）を備えている。上下限周波数は、上記補償帯域の上限（高域側）の周波数と下限（低域側）の周波数とを表し、以下、高域・低域遮断周波数と称することもある。また、電力管理システムは、蓄電池の出力初期値を決定する機能（出力初期値決定機能と呼ぶ）を具えている。

図１において、電力管理システム１は、システム演算部１０と、過去実績データＤＢ（データベース）１１と、リアルタイムコントローラ１２と、定置用蓄電池部１３とを備える。システム演算部１０は、気象情報取得部２０と、負荷電力取得部として例示する気象類似日負荷電力データ取得部２１と、蓄電池補償帯域決定部２２と、出力初期値決定部２３を有する。蓄電池補償帯域決定部２２は、上述の補償帯域決定機能を備えている。出力初期値決定部２３は、上述の出力初期値決定機能を具えている。リアルタイムコントローラ１２は、決定補償帯域格納部３０と、指令値計算部として例示する蓄電池出力指令値計算部３１とを有する。

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は、負荷電力取得部４０の一部として構成されてもよい。また、蓄電池補償帯域決定部２２は、制御パラメータ決定部４１の一部として構成することもできる。また、決定補償帯域格納部３０、蓄電池出力指令値計算部３１、及び定置用蓄電池部１３は、蓄電池を正誤する機能を備える蓄電池制御部４２の一部として構成されてもよい。

負荷電力取得部４０は、制御対象日の前日に翌日（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、電力管理システム１の外部に設けられたシステムから、例えば、天気、温度、湿度等を含む気象情報と、当該気象情報に該当する日における負荷電力の履歴とを対応づけて記憶する。なお、負荷電力には、例えば太陽光発電装置や風力発電等のマイクログリッド発電によって発電された電力を含んでもよい。発電量はマイナスの負荷電力として扱うことができる。

気象情報取得部２０は、例えばインターネット２を介して制御対象日の天気、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によって取得された制御対象日の気象情報と、過去実績データＤＢ１１に記憶された過去の気象情報とを比較して、類似する過去の気象情報を特定する。気象類似日負荷電力データ取得部２１は、特定された過去の気象情報の該当する日における負荷電力のデータを、過去実績データとして過去実績データＤＢ１１から取得する。ここで、制御対象日の気象情報と、過去実績データＤＢ１１に記憶された過去の気象情報が類似するか否かの判定は任意である。例えば、天気（天候、降水確率等）が同じであり、かつ、お互いの温度と湿度が、それぞれ所定の範囲内にあれば類似すると判定することができる。また、天気が異なるとき、又は、天気が同じであっても、お互いの温度と湿度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ことができる。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。

制御パラメータ決定部４１は、蓄電池補償帯域決定部２２及び出力初期値決定部２３を有し、補償帯域決定の機能及び出力初期値決定機能を備える。

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。負荷電力取得部４０が取得した過去実績データには、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を含む。蓄電池補償帯域決定部２２は、電力需要が増加する所定のる時刻の範囲における負荷電力プロファイルから最適な蓄電池の補償周波数帯域（低域遮断周波数、及び高域遮断周波数）を求める。蓄電池補償帯域決定部２２（制御パラメータ決定部４１）における低域遮断周波数の決定方法の詳細は後述する。蓄電池補償帯域決定部２２は、実効蓄電池容量（電池残量（ＳＯＣ）の使用範囲として定める下限値から上限値までに対応する容量）で最も補償帯域を広くとれる低域遮断周波数を２点の線形補間により決定する。

出力初期値決定部２３は、定期用蓄電池部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［ｋＷ］を求め、出力初期値を決定する。なお、出力初期値決定部２３の動作の詳細は後述する。

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１回実行する。

なお、高域遮断周波数については、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、本実施形態では固定値として説明する。但し、高域遮断周波数についても過去実績データに基づき算出するようにしてもよい。また、制御パラメータ決定部４１は、本実施形態では説明しない、過去実績データに基づき解析されたシミュレーション結果を補償周波数帯域の算出に使用してもよい。

次に、蓄電池制御部４２が行う蓄電池制御処理について説明する。蓄電池制御部４２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４２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）に基づいて負荷電力の推定を行い、蓄電池補償帯域決定部２２によって決定された補償周波数帯域の変動を抽出して蓄電池出力指令を解き、蓄電池出力指令値を出力する（制御周期１秒）。

より具体的には、決定補償帯域格納部３０は、蓄電池補償帯域決定部２２によって低域遮断周波数及び高域遮断周波数が決定される毎に決定された低域遮断周波数及び高域遮断周波数の値を格納する。また、決定補償帯域格納部３０は、出力初期値決定部２３によって出力初期値が決定される毎に決定された出力初期値を格納する。
なお、本実施形態では、高域遮断周波数は固定値の場合を説明するので、決定補償帯域格納部３０には、高域遮断周波数を固定値として格納しておき、決定毎に低域遮断周波数を新たに格納するようにしてもよい。
蓄電池出力指令値計算部３１には、決定補償帯域格納部３０から高域遮断周波数、低域遮断周波数、及び出力初期値が入力される。また、蓄電池出力指令値計算部３１には、買電電力の値がリアルタイムで入力される。買電電力の値は、例えば売買電力を測定する図示しない電力計等によって所定の周期によって入力されるようにすることができる。また、蓄電池出力指令値計算部３１には、定置用蓄電池部１３からの蓄電池出力の値がリアルタイムで入力される。蓄電池出力の値は、例えば蓄電池出力を測定する図示しない電力計等によって所定の周期によって入力されるようにすることができる。
蓄電池出力指令値計算部３１は、入力された高域遮断周波数、低域遮断周波数、出力初期値、買電電力及び蓄電池出力に基づいて、負荷電力を推定し、推定した負荷電力に基づいて蓄電池の出力を制御するための蓄電池出力指令値を算出する。
定置用蓄電池部１３は、蓄電池出力指令値計算部３１から入力された蓄電池出力指令値に従って、リアルタイムに蓄電池の出力を制御する。
以上で、図１を用いた、電力管理システムの構成の説明を終了する。

次に、図２を用いて、図１で説明した蓄電池出力指令値計算部３１の詳細を説明する。図２は、蓄電池出力指令値計算部３１における、蓄電池制御のアルゴリズムを示すブロック図である。

図２において、蓄電池出力指令値計算部３１は、加算器５０、バンドパスフィルタ５１、出力リミッタ５２を備える。加算器５０は、買電電力の値と蓄電池出力の値とを加算して、バンドパスフィルタ５１に入力する。バンドパスフィルタ５１は、加算器５０から入力された買電電力の値と蓄電池出力の値の合計値に対して、補償帯域の下限値及び上限値として入力される低域遮断周波数と高域遮断周波数、及び出力初期値をパラメータとして、フィルタリング処理を実行し、出力信号を出力リミッタ５２に出力する。出力初期値は、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の初期値である。

バンドパスフィルタ５１は、１次ローパスフィルタ５１１と１次ハイパスフィルタ５１２によって構成することができる。ここで、１次ローパスフィルタ５１１の入力をｘ（ｔ）、１次ローパスフィルタ５１１の出力（１次ハイパスフィルタ５１２の入力）をｙ（ｔ）、蓄電池出力指令値をｚ（ｔ）とすると、ｙ（ｔ）は、ｘ（ｔ）を入力とする、高域遮断周波数によって定められた高域周波数を遮断する１次ローパスフィルタの出力である。また、ｚ（ｔ）は、ｙ（ｔ）を入力とする、低域遮断周波数によって定められた低域周波数を遮断する１次ハイパスフィルタの出力である。出力リミッタ５２は、バンドパスフィルタ５１から出力された出力信号の振幅を制限し、蓄電池出力指令値を図１の定置用蓄電池部１３に出力する。なお、本実施形態では、出力リミッタ５２の出力を蓄電池出力指令値として、便宜上ｚ（ｔ）として説明する。

以上、説明したとおり、蓄電池出力指令値計算部３１では、様々な周波数成分を持つ負荷電力の変動（加算器５０で加算した買電電力の値と蓄電池出力の値の合計）を、バンドパスフィルタ５１に通すことで、補償帯域の変動を抽出して蓄電池出力指令値を算出し、蓄電池出力指令値を出力する。この制御のアルゴリズムによって、定置用蓄電池部１３による負荷変動補償を実現することができる。
なお、太陽光発電等のマイクログリッド発電は、発電電力等を任意に制御できない電源であるので、本実施形態による制御では負の値をもつ負荷として取り扱い、図２に示す制御系に組み込まないものとする。

次に、図１で示した制御パラメータ決定部４１の蓄電池補償帯域決定部２２における低域遮断周波数の決定方法の詳細を説明する。
先ず、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、数式（１）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、数式（２）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、数式（３）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、数式（３）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、数式（４）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、数式（２）で求めた各周波数の振幅｜Ｘ（ｆ_ｋ）｜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［ｋｗ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。電力のグラフは、数式（２）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、数式（３）より求めた位相差φ（ｆ_ｋ）［ｒａｄ］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）［ｒａｄ］における電力は充電電力［ｋＷ］を示し、φ（ｆ_ｋ）〜１／２ｆ_ｋ［ｒａｄ］における電力は放電電力［ｋＷ］を示す。

図３に示す正弦波とｘ軸で囲まれた斜線部分は、半周期分における電力を積分した蓄電池の充電電力量（充電量）と放電電力量（放電量）を表している。すなわち、図３における０〜φ（ｆ_ｋ）［ｒａｄ］における電力量は充電量［ｋＷｈ］を示し、φ（ｆ_ｋ）〜１／２ｆ_ｋ［ｒａｄ］における電力量は放電量［ｋＷｈ］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、数式（６）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図示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、数式（６）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。
なお、蓄電池補償帯域決定部２２は、実効蓄電池容量（電池残量（ＳＯＣ）の使用範囲として定める下限値から上限値までに対応する容量）で最も補償帯域を広くとれる低域遮断周波数を２点の線形補間により決定する。

次に、数式（７）及び数式（８）を用いて、蓄電池補償帯域決定部２２の動作を説明する。蓄電池補償帯域決定部２２は、数式（７）により、蓄電池容量Ｗ［ｋＷｈ］を算出する。

数式（７）において、蓄電池容量Ｗ［ｋＷｈ］は、数式（６）に示す周波数ｆ_ｋにおける蓄電池容量について、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求められる。蓄電池容量Ｗ［ｋＷｈ］について、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。数式（７）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、数式（７）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ことができる。例えば、数式（７）において、蓄電池容量が１５５．６ｋＷｈのときの低域遮断周波数が０．０３１ｍＨｚ、蓄電池容量が４７．５ｋＷｈのときの低域遮断周波数が０．０６１ｍＨｚと求めたとすると、実効蓄電池容量１０６ｋＷｈの低域遮断周波数は、線形補間によって、０．０３１＋（１５５．６−１０６）×（０．０６１−０．０３１）／（１５５．６−４７．５）≒０．０４５ｍＨｚと決定することができる。

次に、数式（７）の詳細を数式（８）、図４及び図５を用いて説明する。図４は、１次バンドパスフィルタのゲイン特性を示すグラフである。図５は、１次バンドパスフィルタの位相差特性を示すグラフである。

数式（８）は、数式（７）の詳細を説明するためのものである。数式（８）において、蓄電池容量Ｗ［ｋＷｈ］は、各周波数における容量Ｗ１、低域遮断周波数の容量Ｗ２、及び高域遮断周波数の容量Ｗ３を合計したものである。
各周波数における容量Ｗ１は、数式（８）の（イ）に示す通り、数式（６）で求めた充放電電力量について、周波数を低域遮断周波数ｉから高域遮断周波数ｍまでを積算したものである。周波数ｆ_ｋを低域遮断周波数ｉから高域遮断周波数ｍ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充電電池容量を算出することができる。

低域遮断周波数の容量Ｗ２及び高域遮断周波数の容量Ｗ３は、図４及び図５に示す、バンドパスフィルタの特定に基づき求められる。
図４において、１次バンドパスフィルタの周波数に対するゲインは、低域遮断周波数及び高域遮断周波数に対して図示のような特性を示す。すなわち、１次バンドパスフィルタの出力のゲイン特性は、波形のピークを０［ｄＢ］とした場合、低域遮断周波数及び高域遮断周波数において全ての入力が遮断される理想特性において、ゲインは２^−１／２倍（−３ｄＢ）となる。エネルギーはゲインの２乗となるため、低域遮断周波数の容量Ｗ２及び高域遮断周波数の容量Ｗ３は、それぞれ１／２になる。数式（８）の（ロ）及び（ニ）おいて、低域遮断周波数の容量Ｗ２及び高域遮断周波数の容量Ｗ３の分母の２は、それぞれの容量をゲインの２乗で除したものである。

図５において、１次バンドパスフィルタの周波数に対する位相差は、低域遮断周波数では入力に対して４５°（π／４）進み、一方高域遮断周波数では、入力に対して４５°遅れることを示している。したがって、数式（８）の（ハ）に示すように、低域遮断周波数の容量Ｗ２におけるｃｏｓ（φｆ（ｆ））は、ｃｏｓ（φｆ（ｆ_ｉ）＋π／４）となる。また、数式（８）の（ホ）に示すように、高域遮断周波数の容量Ｗ３におけるｃｏｓ（φｆ（ｆ））は、ｃｏｓ（φｆ（ｆ_ｍ）−π／４）となる。
以上で、数式（８）、図４及び図５を用いた数式（７）の詳細説明を終了する。

次に、数式（９）及び数式（１０）を用いて、出力初期値決定部２３における動作の詳細を説明する。

数式（９）は、バンドパスフィルタ５１の出力ｚ（ｔ）（蓄電池出力指令値）を算出する数式である。数式（９）において、出力ｚ（ｔ）は、蓄電池補償帯域決定部２２によって決定された高域遮断周波数ｍを上限値、決定された低域遮断周波数ｉを下限値として、蓄電池補償帯域決定部２２において離散フーリエ変換された負荷電力ｘ（ｔ）に対して、下限値から上限値までの間で逆離散フーリエ変換を行う。すなわち、数式（９）によって負荷電力ｘ（ｔ）と出力ｚ（ｔ）（蓄電池出力指令値）との関係を表すことができる。

次に、数式（１０）を用いて数式（９）の詳細を説明する。数式（１０）において、負荷電力ｘ（ｔ）を、低域遮断周波数ｉから高域遮断周波数ｍまで逆離散フーリエ変換すると、出力ｚ（ｔ）は、右辺第１項に示す各周波数の出力、右辺第２項に示す低域遮断周波数の出力、及び右辺第３項に示す高域遮断周波数の出力の合計となる。
ここで、数式（９）の第２項の（イ）及び第３項の（ニ）に示すルート２は、図４で説明したゲインが２^−１／２倍（−３ｄＢ）になることに基づくものである。すなわち、低域遮断周波数の出力と高域遮断周波数の出力は、それぞれ２^−１／２倍となる。
また、数式（９）の第２項（ロ）及び（ハ）の＋π／４は、図５で説明した位相差が４５°進むことに基づくものである。また、数式（９）の第３項（ホ）及び（ヘ）の−π／４は、図５で説明した位相差が４５°遅れることに基づくものである。

出力初期値決定部２３は、数式（９）を用いて、時刻ｔ＝０における出力初期値ｚ（０）を算出する。出力初期値決定部２３は、算出した出力初期値ｚ（０）を蓄電池制御部４２に出力する。蓄電池制御部４２は、出力初期値ｚ（０）を考慮した蓄電池の出力制御を行うことができるので、適切な蓄電池容量と補償帯域を算出するとともに、限られた蓄電池容量において高いピーク電力削減効果を得ることが可能となる。
以上で、数式（９）及び数式（１０）を用いた出力初期値決定部２３の説明を終了する。

次に、図６〜図１１を用いて、本実施形態における効果を説明する。
図６は、気象類似日負荷電力データ取得部２１において取得された負荷電力プロファイルを例示している。図６において、横軸は時刻［時］を示し、縦軸は負荷電力［ｋＷ］を示す。図６は、朝７時から夕方１７時までの負荷電力を示している。負荷電力にマイナス電力があるのは、太陽光発電等のグリッド発電によって買電電力より発電電力が大きくなる場合があるからである。

制御パラメータ決定部４１は、数式（７）で説明したとおり、気象類似日負荷電力データ取得部２１から入力された負荷電力に基づき、蓄電池補償帯域決定部２２において高域遮断周波数を１０ｍＨｚと決定し、また低域遮断周波数を０．０４５ｍＨｚと決定する。

図７は、出力初期値決定部２３において図６の負荷電力に対して離散フーリエ変換を行った周波数解析結果である。図７において、横軸は周波数［ｍＨｚ］を示し、縦軸は振幅［ｋＷ］を示す。
制御パラメータ決定部４１は、数式（９）で説明したとおり、気象類似日負荷電力データ取得部２１から入力された負荷電力に対して、出力初期値決定部２３において逆離散フーリエ変換を行う。逆離散フーリエ変換は、基本周波数の整数倍である各低域遮断周波数を下限として行われ、数式（９）において蓄電池出力ｚ（ｔ）を算出することができる。数式（９）において算出された蓄電池出力を基に算出される出力初期を図８に示す。図８は、蓄電池の出力初期値の算出結果を示すグラフである。

図８において、例えば、低域遮断周波数を０．０６１ｍＨｚとしたとき、制御開始直後から５００秒までの出力初期値の計算結果を示す。図８の横軸は経過時間［ｓｅｃ］を示し、縦軸は蓄電池出力［ｋＷ］を示す。高域遮断特性を１０ｍＨｚに設定して逆フーリエ変換すると、ローパスフィルタの効果によって経過時間５０秒付近にオーバーシュートのピークが生じ、蓄電池出力ｚ（ｔ）の追従性が悪くなっている。ここで、ローパスフィルタによるオーバーシュートを低減するために、高域遮断周波数を５００ｍＨｚ（ナイキスト周波数）に設定して、出力初期値ｚ（０）を計算する。

次に、蓄電池補償帯域決定部２２で算出した低域遮断周波数に基づき、出力初期値を算出する。蓄電池補償帯域決定部２２で算出した低域遮断周波数０．０４５ｍＨｚは基本周波数の整数倍ではないため、逆離散フーリエ変換における算出不能である。そこで、高域遮断周波数をナイキスト周波数として、図９を用いて２点による線形補間によって出力初期値を決定する。図９は、低域遮断周波数と出力初期値の関係を示す表である。
図９において、蓄電池補償帯域決定部２２で算出した低域遮断周波数０．０４５ｍＨｚは、低域遮断周波数０．０３１ｍＨｚと０．０６１ｍＨｚの間にある。そこで、０．０３１ｍＨｚにおける９０．０ｋＷと０．０６１ｍＨｚにおける６７．７ｋＷの２点において線形補間した７９．７ｋＷを出力初期値として決定する。

次に、上記で説明した制御パラメータによって得られるピーク電力削減のシミュレーション結果を、図１０を用いて説明する。なお、ピーク電力削減量は、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋにより蓄電池による負荷変動補償を模擬したシミュレーションによって求める。ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋによるシミュレーションにおいては、図６に示した負荷電力のプロファイルを用いる。

図１０は、本発明における負荷電力と買電電力のシミュレーション結果を示すグラフである。補償帯域と出力初期値は、上記で説明したとおり、補償帯域を０．０４５〜１０ｍＨｚ、出力初期値を７９．７ｋＷとする。図１０（ａ）は、サンプリング周期を１秒としたときの電力と電力量を示す。また、図１０（ｂ）は、サンプリング周期を３０分としたときの電力と電力量を示す。負荷変動補償に必要な蓄電池容量は、図８（ａ）の蓄電池出力を時間積分した電力量の最大値であるので、図より９１．４ｋＷｈとなる。本実施形態で使用した蓄電池の実効蓄電池容量（１０６ｋＷｈ）であるので、使用した蓄電池は必要な負荷変動補償の条件を満たしている。
また、ピーク電力は通常３０分平均で求めるが、３０分平均におけるピーク電力削減量は４２．４ｋＷとなる。

なお、図１１は、出力初期値を０ｋＷとした、従来技術におけるシミュレーション結果を表している。図１１において、補償帯域を同様に０．０４５〜１０ｍＨｚとした場合、負荷変動補償において必要な蓄電池容量は図１１（ａ）に示す通り３１．８ｋＷｈであり、ピーク電力削減量は図１１（ｂ）に示す通り２５．２ｋＷとなる。すなわち、本実施形態におけるピーク電力削減量が従来技術におけるピーク電力削減量に比べて大きくなることがシミュレーション結果において説明することができる。

なお、実施形態における電力管理システム１は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エ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について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこ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
２インターネット
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
２０気象情報取得部
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
３０決定補償帯域格納部
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蓄電池制御部

Claims

蓄電池の出力を制御する電力管理システムであって、
負荷電力の過去実績データを取得する負荷電力取得部と、
前記負荷電力取得部によって取得された前記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補償帯域決定部と、
前記負荷電力取得部によって取得された前記過去実績データに基づいて、前記蓄電池の出力初期値を決定する出力初期値決定部と、
買電電力と前記蓄電池の出力の合計を入力値として、前記補償帯域決定部によって決定された前記蓄電池の補償周波数帯域と前記出力初期値決定部によって決定された前記蓄電池の出力初期値とに基づいて前記蓄電池の出力を指令する指令値を出力値として計算する蓄電池制御部とを備え、
前記補償帯域決定部は、前記負荷電力の過去実績データから離散フーリエ変換によって各周波数の振幅及び位相差を算出し、該振幅及び該位相差と周波数とに基づいて、前記蓄電池の補償周波数帯域の下限の周波数である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示す組み合わせを複数求め、求めた組み合わせのうち２つの組み合わせの線形補間により、実効蓄電池容量で最も補償帯域を広くとれる前記低域遮断周波数を決定し、
前記出力初期値決定部は、前記補償帯域決定部によって決定された前記低域遮断周波数に応じて定まる前記蓄電池の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との合計値をフィルタリングすることで求められる該合計値のフィルタリング出力の初期値を、前記蓄電池の出力初期値とする、電力管理システム。
前記出力初期値決定部は、前記蓄電池の補償周波数帯域の上限の周波数である高域遮断周波数としてナイキスト周波数を用いる、請求項１に記載の電力管理システム。
前記出力初期値決定部は、前記低域遮断周波数が基本周波数の整数倍でないときには、前記低域遮断周波数のうち、該基本周波数の整数倍である周波数の２点における出力初期値の線形補間によって前記出力初期値を算出する、請求項１又は請求項２に記載の電力管理システム。
蓄電池の出力を制御する電力管理方法であって、
負荷電力の過去実績データを取得する負荷電力取得ステップと、
前記負荷電力取得ステップによって取得された前記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補償帯域決定ステップと、
前記負荷電力取得ステップによって取得された前記過去実績データに基づいて、前記蓄電池の出力初期値を決定する出力初期値決定ステップと、
買電電力と前記蓄電池の出力の合計を入力値として、前記補償帯域決定ステップによって決定された前記蓄電池の補償周波数帯域と前記出力初期値決定ステップによって決定された前記蓄電池の出力初期値とに基づいて前記蓄電池の出力を指令する指令値を出力値として計算する蓄電池制御ステップとを有し、
前記補償帯域決定ステップは、前記負荷電力の過去実績データから離散フーリエ変換によって各周波数の振幅及び位相差を算出し、該振幅及び該位相差と周波数とに基づいて、前記蓄電池の補償周波数帯域の下限の周波数である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示す組み合わせを複数求め、求めた組み合わせのうち２つの組み合わせの線形補間により、実効蓄電池容量で最も補償帯域を広くとれる前記低域遮断周波数を決定し、
前記出力初期値決定ステップは、前記補償帯域決定ステップによって決定された前記低域遮断周波数に応じて定まる前記蓄電池の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との合計値をフィルタリングすることで求められる該合計値のフィルタリング出力の初期値を、前記蓄電池の出力初期値とする、電力管理方法。