JP6555504B2 - 電力管理システム、電力管理方法 - Google Patents
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Description
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及び低域遮断周波数が入力される。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、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。
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。
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。
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fkにおける実数部R(fk)、及び虚数部I(fk)を計算する。x(t)は負荷電力、fkは周波数、X(fk)は周波数fk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(fk)|[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(fk)及び虚数部I(fk)を用いて、位相差φ(fk)[rad]を求める。
なお、基本周波数f1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fsは、数式(4)に基づき求められる。
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fkに対する振幅|X(fk)|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(fk)[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(fk)[rad]における電力は充電電力[kW]を示し、φ(fk)〜1/2fk[rad]における電力は放電電力[kW]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fk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(fk)|、周波数fk、及び位相差φ(fk)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(fk)を0[rad]として考えると、数式(6)においてcosφ(fk)=1となり、すなわち、周波数fk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(fk)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(fk)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。
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fk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。
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。
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。
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
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 (5)
- 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蓄電池補償帯域決定部と、
買電電力と前記蓄電池の出力の合計を入力値として、前記蓄電池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、
前記蓄電池補償帯域決定部は、前記過去実績データに含まれる各周波数の前記負荷電力の成分について、各周波数の位相差に対応する位相から半周期分までの放電量から充電量を減算した値を、各周波数における負荷変動補償に必要な蓄電池容量とし、各周波数における負荷変動補償に必要な蓄電池容量から算出した所定の周波数の帯域と蓄電池容量との関係から導出される、実効蓄電池容量において最も広くとれる帯域を、前記蓄電池の補償周波数帯域として決定する、電力管理システム。 - 前記蓄電池補償帯域決定部は、前記過去実績データを離散フーリエ変換し、離散フーリエ変換した各周波数の振幅及び位相差に基づいて算出した、各周波数における負荷変動補償に必要な蓄電池容量を積算することにより、前記蓄電池容量を算出する、請求項1に記載の電力管理システム。
- 前記蓄電池補償帯域決定部は、前記過去実績データを離散フーリエ変換した各周波数の振幅及び位相差に基づいて、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を固定値とし、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から前記高域遮断周波数までの各周波数における蓄電池容量を積算した値が、実効蓄電池容量の範囲内となる前記低域遮断周波数を算出することにより、前記蓄電池容量を算出する、請求項1又は2に記載の電力管理システム。
- 前記蓄電池制御部は、前記蓄電池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、前記蓄電池の出力を制御する蓄電池出力指令値を出力する、請求項1から請求項3のうちいずれか1項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蓄電池補償帯域決定ステップと、
買電電力と前記蓄電池の出力の合計を入力値として、前記蓄電池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、
前記蓄電池補償帯域決定ステップは、前記過去実績データに含まれる各周波数の前記負荷電力の成分について、各周波数の位相差に対応する位相から半周期分までの放電量から充電量を減算した値を、各周波数における負荷変動補償に必要な蓄電池容量とし、各周波数における負荷変動補償に必要な蓄電池容量から算出した所定の周波数の帯域と蓄電池容量との関係から導出される、実効蓄電池容量において最も広くとれる帯域を、前記蓄電池の補償周波数帯域として決定する電力管理方法。
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