JP6678244B2 - 電力管理サーバ、電力管理方法及び電力管理システム - Google Patents

電力管理サーバ、電力管理方法及び電力管理システム Download PDF

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Description

本発明は、電力管理サーバ、電力管理方法及び電力管理システムに関する。
近年、電力系統から施設への潮流量の抑制を要求する潮流メッセージ及び施設から電力系統への逆潮流量の抑制を要求する逆潮流メッセージなどの電力抑制メッセージが知られている(例えば、特許文献1,2)。
上述した背景下において、電力系統から施設への総潮流量又は施設から電力系統への総逆潮流量を測定する電力計としてスマートメータが知られている。このようなスマートメータによって測定される総潮流量又は総逆潮流量に基づいて、電力需給バランスを予測することが考えられる。
しかしながら、施設から電力系統への逆潮流が可能な分散電源を施設が備えている場合には、スマートメータによって測定される情報のみによって、潮流量又は逆潮流量を適切に制御することができない可能性がある。
特開2013−169104号公報 特開2014−128107号公報
第1の特徴に係る電力管理装置は、電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信する受信部と、電力制御メッセージを送信する送信部とを備える。前記送信部は、前記測定情報に加えて、分散電源の出力電力量に基づいて、前記電力制御メッセージを送信する。前記測定情報は、前記電力系統から前記施設への総潮流量又は前記施設から前記電力系統への総逆潮流量を示す情報である。前記分散電源は、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な電源である。
第2の特徴に係る電力管理方法は、電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信するステップAと、電力制御メッセージを送信するステップBとを備える。前記ステップBは、前記測定情報に加えて、分散電源の出力電力量に基づいて、前記電力制御メッセージを送信するステップを含む。前記測定情報は、前記電力系統から前記施設への総潮流量又は前記施設から前記電力系統への総逆潮流量を示す情報である。前記分散電源は、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な電源である。
第3の特徴に係る電力管理システムは、電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信する受信部と、電力制御メッセージを送信する送信部とを備える。前記送信部は、前記測定情報に加えて、分散電源の出力電力量に基づいて、前記電力制御メッセージを送信する。前記測定情報は、前記電力系統から前記施設への総潮流量又は前記施設から前記電力系統への総逆潮流量を示す情報である。前記分散電源は、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な電源である。
図1は、実施形態に係る電力管理システム1を示す図である。 図2は、実施形態に係る電力管理サーバを示す図である。 図3は、実施形態に係る電力管理方法を示す図である。 図4は、実施形態に係る電力管理方法を示す図である。 図5は、変更例1に係る電力管理方法を示す図である。
以下において、実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係又は比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
[実施形態]
(電力管理システム)
以下において、実施形態に係る電力管理システムについて説明する。図1に示すように、電力管理システム1は、施設100と、電力管理サーバ400とを有する。施設100は、EMS200を有しており、EMS200は、ネットワーク300を介して、電力管理サーバ400と通信を行う。
施設100は、太陽電池110と、蓄電池120と、PCS130と、分電盤140と、負荷150と、電力計(以下、スマートメータ)160と、センサ170とを有する。さらに、施設100は、EMS200及びリモートコントローラ210を有する。なお、図1に示す電力管理システム1は、太陽電池110、蓄電池120、PCS130、分電盤140及び負荷150を有する例であるが、これに限定されるものではなく、いずれかが欠けていてもよい。
太陽電池110は、受光に応じて発電を行う光電変換装置である。太陽電池110は、発電されたDC電力を出力する。太陽電池110の発電量は、太陽電池110に照射される日射量に応じて変化する。太陽電池110は、施設100から電力系統10への逆潮流が可能な分散電源の一例である。
蓄電池120は、電力を蓄積する装置である。蓄電池120は、蓄積されたDC電力を出力する。実施形態では、蓄電池120は、施設100から電力系統10への逆潮流が可能な分散電源であってもよく、施設100から電力系統10への逆潮流が許容されない分散電源であってもよい。また、蓄電池120は、逆潮流が可能な状態及び逆潮流が許容されない状態を電力管理サーバ400の指示で適宜切り替えてもよい。
PCS130は、DC電力をAC電力に変換する電力変換装置(PCS;Power Conditioning System)の一例である。実施形態では、PCS130は、電力系統10に接続された主幹電力線10L(ここでは、主幹電力線10LA及び主幹電力線10LB)に接続されるとともに、太陽電池110及び蓄電池120の双方に接続される。主幹電力線10LAは、電力系統10とPCS130とを接続する電力線であり、主幹電力線10LBは、PCS130と分電盤140とを接続する電力線である。
ここで、PCS130は、太陽電池110から入力されるDC電力をAC電力に変換するとともに、蓄電池120から入力されるDC電力をAC電力に変換する。さらに、PCS130は、電力系統10から供給されるAC電力をDC電力に変換する。
分電盤140は、主幹電力線10L(ここでは、主幹電力線10LB)に接続される。分電盤140は、主幹電力線10LBを複数の電力線に分岐するとともに、複数の電力線に接続された機器(ここでは、負荷150及びEMS200)に電力を分配する。
負荷150は、電力線を介して供給される電力を消費する装置である。例えば、負荷150は、冷蔵庫、照明、エアコン、テレビなどの装置を含む。負荷150は、単数の装置であってもよく、複数の装置を含んでもよい。
スマートメータ160は、電力系統10からの潮流の量(総潮流量)を測定する。スマートメータ160は、電力系統10への逆潮流の量(総逆潮流量)を測定してもよい。なお、総潮流量及び総逆潮流量は、所定期間のものであってもよい。所定期間は、例えば、30日、1カ月、1年又は検針間隔に設定することができる。
センサ170は、分散電源から出力される電力量を測定する。センサ170は、例えば、電流(CT;Current Transformer)センサである。
図1では、太陽電池110から出力される電力量を測定するセンサ170Aが少なくともセンサ170として設けられる。蓄電池120に供給される電力量及び蓄電池120から出力される電力量を測定するセンサ170Bがセンサ170として設けられてもよい。
EMS200は、施設100の電力を管理する装置(EMS;Energy Management System)である。EMS200は、分電盤140又はPCS130と一体的に構成されていてよく、ネットワーク300を介したクラウドサーバであってもよい。
リモートコントローラ210は、PCS130に併設されており、PCS130を操作するための各種メッセージをPCS130に通知する。例えば、リモートコントローラ210は、EMS200から受信するメッセージをPCS130に通知してもよい。
ネットワーク300は、EMS200及び電力管理サーバ400を接続する通信網である。ネットワーク300は、インターネットであってもよい。ネットワーク300は、移動体通信網を含んでもよい。
電力管理サーバ400は、発電事業者、送配電事業者或いは小売事業者などの事業者によって管理されるサーバである。電力管理サーバは、施設100に設置された分散電源の運転を制御する制御メッセージ、電力系統10から施設100への潮流量の増加、減少又は維持の制御を要求する潮流制御メッセージ及び施設100から電力系統10への逆潮流量の増加、減少又は維持の制御を要求する逆潮流制御メッセージの少なくともいずれか1つを含む電力制御メッセージを送信する。逆潮流制御メッセージは、分散電源の出力制御を指示する出力制御メッセージと考えてもよい。潮流制御メッセージは、潮流量の抑制を要求する潮流抑制メッセージ(DR;Demand Response)であってもよい。制御メッセージは、仮想発電所(Virtual Power Plant)として施設100の分散電源の運転を制御する指令であり、例えば、充電、放電、発電、逆潮流又は自動運転などの指令が挙げられる。
(電力管理サーバ)
以下において、実施形態に係る電力管理サーバについて説明する。図2に示すように、電力管理サーバ400は、通信部410と、制御部420とを有する。
通信部410は、スマートメータ160によって測定された測定情報を受信する。通信部410は、施設100に設けられた分散電源の出力電力量を示す情報を受信する。出力電力量は、例えば、センサ170Aによって測定された電力量である。但し、実施形態はこれに限定されるものではない。出力電力量は、センサ170Aによって測定された電力量及び170Bによって測定された電力量であってもよい。さらに、出力電力量は、PCS130の出力電力量であってもよい。通信部410は、電源制御メッセージ、潮流制御メッセージ及び逆潮流制御メッセージの少なくともいずれか1つを含む電力制御メッセージを送信する。
制御部420は、メモリ及びCPUによって構成されており、電力管理サーバ400を制御する。制御部420は、測定情報及び出力電力量に基づいて、電力制御メッセージを用いた制御計画を策定する。制御計画は、電力制御メッセージの送信相手及び電力制御メッセージの送信内容を含む。送信内容は、どの程度の増加又は減少させるのかを指示する内容を含む。すなわち、制御部420は、総潮流量又は総逆潮流量に加えて、分散電源の出力電力量に基づいて、電力制御メッセージを用いた制御計画を策定する。
(1)潮流制御メッセージを送信するケース
第1に、スマートメータ160によって測定された測定情報が総逆潮流量である場合には、制御部420は、出力電力量から総逆潮流量を減算した値が大きい施設100に対して、潮流制御メッセージを優先的に送信する制御計画を策定する。
第2に、スマートメータ160によって測定された測定情報が逆潮流量である場合には、制御部420は、出力電力量に総逆潮流量を加算した値が大きい施設100に対して、潮流制御メッセージを優先的に送信する制御計画を策定する。
ここで、出力電力量から総逆潮流量を減算した値及び出力電力量に総逆潮流量を加算した値は、簡易的に施設100における消費電力量と考えることができる。すなわち、制御部420は、消費電力量が大きい施設100に対して、潮流制御メッセージを優先的に送信する制御計画を策定する。このように、消費電力量が大きい施設100は消費電力量を削減可能な余地が大きいと考えることによって、簡便な構成によって、潮流制御メッセージによって潮流量の制御が実現される可能性を高めることができる。
(2)逆潮流制御メッセージを送信するケース
第1に、スマートメータ160によって測定された測定情報が総逆潮流量である場合には、制御部420は、出力電力量から総逆潮流量を減算した値が小さい施設100に対して、逆潮流制御メッセージを優先的に送信する制御計画を策定する。
第2に、スマートメータ160によって測定された測定情報が逆潮流量である場合には、制御部420は、出力電力量に総逆潮流量を加算した値が小さい施設100に対して、逆潮流制御メッセージを優先的に送信する制御計画を策定する。
ここで、出力電力量から総逆潮流量を減算した値及び出力電力量に総逆潮流量を加算した値は、簡易的に施設100における消費電力量と考えることができる。すなわち、制御部420は、消費電力量が小さい施設100に対して、逆潮流制御メッセージを優先的に送信する制御計画を策定する。このように、消費電力量が小さい施設100は消費電力量を増大可能な余地が大きいと考えることによって、簡便な構成によって、逆潮流制御メッセージによって逆潮流量の制御が実現される可能性を高めることができる。
さらに、スマートメータ160によって測定された測定情報が総逆潮流量である場合には、制御部420は、出力電力量が大きい施設100に対して、潮流制御メッセージを優先的に送信する制御計画を策定してもよい。出力電力量が大きい分散電源を有する施設100は出力制御を行うことが可能性である可能性が高いと考えられるため、逆潮流制御メッセージによって逆潮流量の制御が実現される可能性を高めることができる。
(電力管理方法)
以下において、実施形態に係る電力管理方法について説明する。ここでは、施設A〜施設DにEMS200A〜EMS200Dが設けられるケースについて説明する。
図3に示すように、ステップS10において、EMS200群は、電力ステータス情報を電力管理サーバ400に送信する。電力ステータス情報は、スマートメータ160によって測定された測定情報及び分散電源の出力電力量を示す情報を含む。
ステップS11において、電力管理サーバ400は、潮流量又は逆潮流量の制御を決定するとともに、測定情報及び出力電力量に基づいて、電力制御メッセージを用いた制御計画を策定する。制御計画の策定方法は上述した通りである。
ステップS12において、電力管理サーバ400は、制御計画に基づいて、電力制御メッセージを送信する。ここでは、EMS200A及びEMS200Dに電力制御メッセージを送信するケースが例示されている。
ステップS13において、EMS200A及びEMS200Dは、電力制御メッセージに従って潮流量又は逆潮流量を制御する。
続いて、電力管理サーバ400のフローチャートについて説明する。ここでは、潮流量の制御が必要であるケースについて例示する。
図4に示すように、ステップS20において、電力管理サーバ400は、スマートメータ160によって測定された測定情報及び分散電源の出力電力量を示す情報を収集する。
ステップS21において、電力管理サーバ400は、電力系統10における電力の需給バランスに基づいて、潮流量の制御が必要であるか否かを判断する。潮流量の制御が必要である場合には、ステップS22の処理が行われる。潮流量の制御が必要でない場合には、一連の処理が終了する。
ステップS22において、電力管理サーバ400は、スマートメータ160によって測定された測定情報及び分散電源の出力電力量に基づいて、施設100の消費電力量を推定する。
ステップS23において、電力管理サーバ400は、消費電力量が閾値よりも大きいか否かを判断する。消費電力量が閾値よりも大きい場合には、ステップS24の処理が行われる。消費電力量が閾値よりも大きくない場合には、一例の処理が終了する。
ステップS24において、電力管理サーバ400は、施設100のEMS200に潮流制御メッセージを送信すると決定する。
ここで、ステップS20〜ステップS24の処理は、電力管理サーバ400によって管理される施設100の全てを対象として行われる。結果として、消費電力量が大きい施設100に対して、潮流制御メッセージが送信される。
(作用及び効果)
実施形態では、電力管理サーバ400は、スマートメータ160によって測定された測定情報(総潮流量又は総逆潮流量)及び出力電力量に基づいて、電力制御メッセージを用いた制御計画を策定する。従って、スマートメータ160によって測定された測定情報のみを用いて制御計画を策定するケースと比べて、潮流量又は逆潮流量の制御が行われる可能性を高めることができる。一方で、負荷150の詳細な消費電力等を取得する必要がないため、比較的に簡便な構成によって制御計画の精度を高めることができる。
[変更例1]
以下において、実施形態の変更例1について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。
具体的には、変更例1では、電力管理サーバ400によって管理される区画内において、潮流量の制御だけではなくて、逆潮流量(分散電源の出力電力量)の制御を行う必要があるケースを想定する。このようなケースにおいて、電力管理サーバ400は、判断時に逆潮流量が制御されていない施設100に対して、潮流制御メッセージを送信する。
具体的には、図5に示すように、図4に示すフローに対してステップS23Aの処理がステップS23の後に追加される。
ステップS23Aにおいて、電力管理サーバ400は、施設100において出力制御が行われているか否かを判断する。出力制御が行われていない場合には、ステップS24の処理が行われる。出力制御が行われている場合には、一連の処理を終了する。
(作用及び効果)
変更例1では、電力管理サーバ400は、逆潮流量が制御されていない施設100に対して、潮流制御メッセージを送信する。従って、潮流制御メッセージの送信によって却って電力系統10の電圧が上昇してしまう事態が制御される。
[変更例2]
以下において、実施形態の変更例2について説明する。以下においては、実施形態に対する相違点について主として説明する。
変更例2では、施設100に電力を提供する主体は、施設100から電力を購入する主体と異なっているケースを例示する。施設100に電力を提供する主体とは、施設100への潮流量を管理する主体と考えてもよい。施設100から電力を購入する主体とは、施設100からの逆潮流を管理する主体と考えてもよい。このような前提下において、電力管理サーバが施設100から電力を購入する主体に属するケースについて考える。施設100に電力を提供する主体は、発電事業者、送配電事業者或いは小売事業者などの事業者であってもよい。施設100から電力を購入する主体は、発電事業者、送配電事業者或いは小売事業者などの事業者であってもよい。
電力管理サーバ400は、出力電力量が所定閾値以上である分散電源を有する施設100に対して、潮流制御メッセージを送信する。電力管理サーバ400は、すなわち、逆潮流が許容された分散電源の出力電力量が大きい施設100に対して、潮流制御メッセージを送信する。
上述した所定閾値は、特に限定されるものではないが、施設100に電力を提供する主体が施設100から電力を購入する主体と異なるため、施設100が電力を購入しなくてもよいように定められることが好ましい。
或いは、電力管理サーバ400は、スマートメータ160によって測定された測定情報及び分散電源の出力電力量に基づいて、施設100で消費されている消費電力量及び施設で削減可能な削減電力量を推定する。具体的には、消費電力量は、出力電力量から総逆潮流量を減算した値に相当する。一方で、削減電力量は、施設100に設けられる負荷150の運転モードの切り替え等によって減少可能な電力量である。減少可能電力量は、消費電力量の一定割合として定められてもよい。一定割合は、施設100の管理者等によって予め定められてもよく、施設100に設けられる負荷150の種類によって定められてもよい。
このようなケースにおいて、所定閾値は、消費電力量から削減電力量を除いた値であってもよい。すなわち、潮流制御メッセージによって削減電力量だけ消費電力量を減少することが可能であるという前提下において、潮流制御メッセージによって減少した後の消費電力量よりも出力電力量が大きい施設100に対して、潮流制御メッセージが送信される。
但し、変更例2はこれに限定されるものではない。上述した所定閾値は、総逆潮流量であってもよい。すなわち、潮流制御メッセージによって減少する前の消費電力量よりも出力電力量が大きい施設100に対して、潮流制御メッセージが送信されてもよい。なお、施設100に電力を提供する主体と、施設100から電力を購入する主体が異なっている場合に限定されず、同じであっても良い。
[その他の実施形態]
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
実施形態では、逆潮流が許容された分散電源として太陽電池110を例示した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。逆潮流が許容された分散電源は、蓄電池120であってもよい。さらに、逆潮流が許容された分散電源は、燃料電池であってもよい。
実施形態では、電力管理サーバ400は、分散電源の出力電力量を示す情報をEMS200から受信する。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。分散電源が太陽電池110であるケースにおいて、太陽電池110の出力電力量は、太陽電池110の定格及び日射量によって推定されてもよい。分散電源が燃料電池であるケースにおいて、燃料電池の出力電力量は、燃料電池に供給されるガス量によって推定されてもよい。これらのケースにおいては、電力管理サーバ400は、分散電源の出力電力量を示す情報をEMS200から受信しなくてもよい。
実施形態では特に触れていないが、電力管理サーバ400は、出力電力量が小さい分散電源を有する施設100に対して、潮流制御メッセージを送信してもよい。これによって、分散電源の出力電力量の増大によって、潮流量の制御が見込まれるためである。このような構成は、自然条件に左右されずに出力電力量を増大可能な分散電源(例えば、燃料電池)に有用である。
実施形態では特に触れていないが、電力管理サーバ400は、出力電力量が大きい分散電源を有する施設100に対して、逆潮流制御メッセージを送信してもよい。これによって、分散電源の出力電力量の減少によって、逆潮流量の制御が見込まれるためである。
実施形態では、PCS130は、太陽電池110及び蓄電池120の双方に接続されるハイブリッド型PCSである。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。太陽電池110及び蓄電池120に個別に接続される2つのPCSが設けられてもよい。
実施形態では、潮流量又は逆潮流量の制御について主として説明した。すなわち、電力制御メッセージとして、潮流制御メッセージ及び逆潮流制御メッセージを例示した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。具体的には、実施形態は、施設100に設けられる分散電源を利用するシステム(VPP;Virtual Power Plant)にも適用可能である。このようなケースにおいて、電力制御メッセージについては、施設100に設置された分散電源の制御を要求する電源制御メッセージと読み替えればよい。
日本国特許出願第2016−163616号(2016年8月24日出願)の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
一態様によれば、潮流量又は逆潮流量を適切に制御することを可能とする電力管理サーバ、電力管理方法及び電力管理システムを提供することができる。

Claims (8)

  1. 電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信する受信部と、
    前記測定情報と、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な分散電源の出力電力量とに基づいて、前記電力系統から前記施設への潮流を制御する潮流制御メッセージを送信する送信部とを備え、
    前記測定情報は、前記施設から前記電力系統への総逆潮流量を示す情報であり、
    前記送信部は、前記出力電力量から前記総逆潮流量を減算した値が大きい前記施設に対して、前記潮流制御メッセージを優先的に送信する、電力管理サーバ。
  2. 電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信する受信部と、
    前記測定情報と、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な分散電源の出力電力量とに基づいて、前記電力系統から前記施設への潮流を制御する潮流制御メッセージを送信する送信部とを備え、
    前記測定情報は、前記電力系統から前記施設への総潮流量を示す情報であり、
    前記送信部は、前記出力電力量に前記総潮流量を加算した値が大きい前記施設に対して、前記潮流制御メッセージを優先的に送信する、電力管理サーバ。
  3. 前記送信部は、前記施設から電力系統への逆潮流量が制御されていない前記施設に対して、前記潮流制御メッセージを送信する、請求項1又は請求項に記載の電力管理サーバ。
  4. 電力管理サーバであって、
    電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信する受信部と、
    前記測定情報と、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な分散電源の出力電力量とに基づいて、前記電力系統から前記施設への潮流を制御する潮流制御メッセージを送信する送信部とを備え、
    前記施設に電力を提供する主体は、前記施設から電力を購入する主体と異なっており、
    前記電力管理サーバは、前記施設から電力を購入する主体に属しており、
    前記送信部は、前記出力電力量が所定閾値以上である前記分散電源を有する前記施設に対して、前記潮流制御メッセージを送信する、電力管理サーバ。
  5. 前記測定情報及び前記出力電力量に基づいて、前記施設で消費されている消費電力量及び前記施設で削減可能な削減電力量を推定する制御部を備え、
    前記所定閾値は、前記消費電力量から前記削減電力量を除いた値である、請求項に記載の電力管理サーバ。
  6. 電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信するステップAと、
    前記測定情報と、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な分散電源の出力電力量とに基づいて、前記電力系統から前記施設への潮流を制御する潮流制御メッセージを送信するステップBとを備え、
    前記測定情報は、前記施設から前記電力系統への総逆潮流量を示す情報であり、
    前記ステップBは、前記出力電力量から前記総逆潮流量を減算した値が大きい前記施設に対して、前記潮流制御メッセージを優先的に送信するステップを含む、電力管理方法。
  7. 電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信するステップAと、
    前記測定情報と、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な分散電源の出力電力量とに基づいて、前記電力系統から前記施設への潮流を制御する潮流制御メッセージを送信するステップBとを備え、
    前記測定情報は、前記電力系統から前記施設への総潮流量を示す情報であり、
    前記ステップBは、前記出力電力量に前記総潮流量を加算した値が大きい前記施設に対して、前記潮流制御メッセージを優先的に送信するステップを含む、電力管理方法。
  8. 電力系統に接続された施設の電力を測定して得られた測定情報を受信するステップAと、
    前記測定情報と、前記施設から前記電力系統への逆潮流が可能な分散電源の出力電力量とに基づいて、前記電力系統から前記施設への潮流を制御する潮流制御メッセージを送信するステップBとを備え、
    前記施設に電力を提供する主体は、前記施設から電力を購入する主体と異なっており、
    前記ステップA及び前記ステップBは、前記施設から電力を購入する主体に属する装置により実行され、
    前記ステップBは、前記出力電力量が所定閾値以上である前記分散電源を有する前記施設に対して、前記潮流制御メッセージを送信するステップを含む、電力管理方法。
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