JP6783641B2 - 充放電計画装置、方法及びプログラム - Google Patents
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実施形態の充放電計画装置は、マスク時間帯が設定された充放電計画段階よりも後の各時間帯について時系列的に設定された複数段階の充放電計画段階のうち、所定の条件を満たすまで、充放電計画の割り当てを禁止する時間帯をマスク時間帯として設定するマスク設定部と、各充放電計画段階において、マスク時間帯毎に所定の条件を満たしているか否かを判別する条件判別部と、判別結果に基づいて充放電計画段階において、未だ充放電割当がなされていない時間帯について充放電割当を行う充放電割当部と、を備え、マスク時間帯は、各時間帯のうちあらかじめ定められた一部の時間帯にのみ設定される。
図1は、実施形態の蓄電池制御システムを含む電力取引システムの概要構成ブロック図である。
電力取引システム100は、大別すると、発電事業者が運用を行い発電を行う発電事業者システム111と、系統事業者が運用を行い商用電力を供給する系統事業者システム112と、複数の需要家がそれぞれ運用を行う複数の需要家設備113に対応する需要家システム114に電力を小売りする小売事業者が運用を行う小売事業者システム115と、後述する電力取引市場125を運営する電力取引所が運用する電力取引所システム116と、を備えている。
ここで、蓄電池システム117は、小売事業者により需要家システム114側に設置されており、この蓄電池システム117の充放電については、小売事業者システム115により制御されている。
ここで、電力供給経路の説明に先立ち、現在の電力取引市場125において行われている主な電力取引の種類について説明する。
この場合において、発電事業者121は、発電量を計画するとともに、既に契約がなされている発電量(売り先[小売事業者等]が決まっている発電量)を確認し、当該発電事業者における発電コストよりも安い電力が売っていれば電力取引市場125において買い取りを行おうとし、当該発電事業者121の発電コストよりも高く電力が売れるのであれば、電力取引市場125において売却を行おうとすることとなる。
そこで、この需要供給関係の変動を吸収し、調整するための場として、一日を電力の計量単位(毎時0分〜30分、30分〜60分)で分割した48個の取引時間帯でそれぞれ個別に需要供給の関係で価格と量を均衡させるザラ場取引を行う当日市場(1時間前市場)が設けられている。
図2に示すように、小売事業者123は、発電事業者121から電力を調達し、需要家124の需要家設備113あるいは需要家124側に設置した蓄電池システム117に電力を供給する。そして小売事業者123は、発電事業者121からの調達電力に余裕がある場合には、一日前市場または当日市場を利用して電力取引市場125に対して電力の売却の入札を行い、売却取引が成立した場合には、電力取引市場125を介して買電者に対して電力を売却する。また、小売事業者123は、発電事業者121からの調達電力に不足がある場合には、一日前市場または当日市場を利用して電力取引市場125に対して電力の買い取りの入札を行い、買取取引が成立した場合には、電力取引市場125を介して売電者から電力を買い取り、需要家124に供給する。
以下、蓄電池システム117について説明する。
蓄電池システム117は、大別すると、電力を蓄える蓄電池装置11と、蓄電池装置11から供給された直流電力を所望の電力品質を有する交流電力に変換して需要家設備113あるいは小売事業者123に供給するとともに、小売事業者123を介して供給された交流電力を直流電力に変換して蓄電池装置11に供給する電力変換装置(PCS:Power Conditioning System)12と、を備えている。
電池盤21−1〜21−Nは、互いに並列に接続された複数の電池ユニット23−1〜23−M(Mは自然数)と、ゲートウェイ装置24と、後述のBMU(Battery Management Unit:電池管理装置)及びCMU(Cell Monitoring Unit:セル監視装置)に動作用の直流電源を供給する直流電源装置25と、を備えている。
電池ユニット23−1〜23−Mは、それぞれ、高電位側電源供給ライン(高電位側電源供給線)LH及び低電位側電源供給ライン(低電位側電源供給線)LLを介して、出力電源ライン(出力電源線;母線)LHO、LLOに接続され、主回路である電力変換装置12に電力を供給している。
電池ユニット23−1は、大別すると、複数(図2では、22個)のセルモジュール31−1〜31−22と、セルモジュール31−1〜31−22にそれぞれ設けられた複数(図1では、24個)のCMU32−1〜32−22と、セルモジュール31−11とセルモジュール31−12との間に設けられたサービスディスコネクト33と、電流センサ34と、コンタクタ35と、を備え、複数のセルモジュール31−1〜31−22、サービスディスコネクト33、電流センサ34及びコンタクタ35は、直列に接続されている。
以下、リチウムイオン電池の組成について具体的に説明する。
リチウムイオン電池の第1の態様としては、コバルト、ニッケルおよびマンガンよりなる群から選択される少なくとも一種類の金属元素を含有するリチウム金属化合物を含みリチウム金属化合物はLiaNibCocMndO2(但し、モル比a,b,c及びdは0≦a≦1.1、b+c+d=1)で表される正極活物質含有層を備えた正極と、チタン含有金属複合酸化物を含む負極と、非水溶媒を含む非水電解質とを備えた非水電解質二次電池として構成される。
例えば、蓄電池は、当該蓄電池システム117において、一の取引時間帯内で充電計画で設定可能な最大充電量まで充電可能であるとともに、一の取引時間帯内で放電計画で設定可能な最大放電量まで放電可能とされた電池セルを備えていれば、どのような種類の蓄電池を用いることも可能である。
BMU36は、ゲートウェイ装置24の制御下で、電池ユニット23−1全体を制御し、各CMU32−1〜32−22との通信結果(後述する電圧データ及び温度データ)及び電流センサ34の検出結果に基づいてコンタクタ35の開閉制御を行う。
電池端子盤22は、電池盤21−1〜21−Nに対応させて設けられた複数の盤遮断器41−1〜41−Nと、蓄電池装置11全体を制御するマイクロコンピュータとして構成されたマスタ(Master)装置42と、を備えている。
図4は、小売事業者システムの機能構成説明ブロック図である。
小売事業者システム115は、小売事業者本体システム115Aと、蓄電池充放電制御システム115Bと、を備えている。
上記構成において、蓄電池群制御部64あるいは蓄電池情報取得部65と、蓄電池システム117とは、インターネット等の通信ネットワークを介して通信を行っている。
所定の収益判断結果を得るための収益判断対象としては、例えば、スポット市場差し替え、インバランス精算、1時間前市場差し替え、ネガワット(デマンドレスポンス)等の収益に大きな差が生じる可能性がある事象が挙げられる。
(1) 実際のスポット市場における電力取引の時間帯を含む日(以下、スポット市場充放電対象日という)の前日の所定時刻に充放電計画を提出するスポット市場向けの第1次充放電計画、
(2) 実際の電力取引の時間帯を含む日の前日から当日の当該電力取引の時間帯の1時間前である一時間前市場ゲートクローズ時刻までに充放電計画を提出する1時間前市場向けの第2次放電計画、
(3) 一時間前市場ゲートクローズ時刻から当該電力取引の時間帯の開始時刻までに充放電計画を作成する第3次充放電計画。
第1次充放電計画時においては、例えば、以下のタイミングで充放電判断部61は、収益判断を行うようにしてもよい。
・スポット市場計画差し替え時(優先順位高)
・インバランス精算時
・1時間前市場計画差し替え時
・ネガワット(デマンドレスポンス)時
・インバランス精算時(優先順位高)
・1時間前市場計画差し替え時(優先順位高)
・ネガワット(デマンドレスポンス)時
・インバランス精算時(優先順位高)
・ネガワット(デマンドレスポンス)時(優先順位高)
・スポット市場計画差し替え時
・インバランス精算時
・1時間前市場計画差し替え時
・ネガワット(デマンドレスポンス)時
以下の説明においては、実際のスポット市場における電力取引の時間帯を含む日(以下、スポット市場充放電対象日という)の前日の所定時刻(例えば、前日9時30分まで)に充放電計画を提出するスポット市場向けの第1次充放電計画、実際の電力取引の時間帯を含む日の前日から当日の当該電力取引の時間帯の1時間前である一時間前市場ゲートクローズ時刻までに充放電計画を提出する1時間前市場向けの第2次放電計画と、一時間前市場ゲートクローズ時刻から当該電力取引の時間帯の開始時刻までに充放電計画を作成する第3次充放電計画の三つ(m=3)の充放電計画があるものとして説明を行う。
また、図6は、電力取引市場における電力のインバランス予測、電力取引市場価格推測値の一例及び実施形態の充放電計画の説明図である。
ところで、事前計画段階においては、電力市場価格の変動がより大きいと推測される時間帯、より具体的には、図6の例の場合、図6(c)に示すように時刻t11〜時刻t12で示される取引時間帯にマスクMSK1を設定し、時刻t13〜時刻t14で示される取引時間帯にマスクMSK2を設定し、時刻t15〜時刻t6で示される取引時間帯にマスクMSK3を設定する。
マスクデータ130は、マスク時間帯を特定するための時間帯IDを格納した時間帯IDデータ131と、当該時間帯に充電を行うのか、放電を行うのかを特定するための制御モードデータ132と、しきい値価格を格納したしきい値価格データ133と、を備えている。
ここで、時間帯IDとは、例えば、1日(0:00〜翌日0:00)を30分毎の48個の時間帯に区分した場合には、0:00〜0:30[時間帯ID=1]、0:31〜1:00[時間帯ID=2]、…、23:00〜23:30[時間帯ID=47]、23:31〜翌日0:00[時間帯ID=48]のように設定されている。
ここで、時間帯IDは、上記例の場合に限らず、適宜設定することが可能であるが、以下の説明においては、上述した30分毎の48個の時間帯に区分した場合を例として説明する。
同様に時間帯ID=26に相当する時間帯である12:30〜13:00の時間帯は、制御モード=放電であり、そのしきい値価格は26円となっている。
なお、制御モードの設定は、一例であり、制御モードを充電あるいは放電のいずれかに設定済みの時間帯に対して、当該時間帯に連続する時間帯に対して、連続して、充電→充電など矛盾が生じないように設定されるものである。
また、設定された制御種別(制御モード)が放電である場合には、放電時のしきい値価格以上であれば放電計画設定を確定する。
[第0次充放電計画]
ここで、再び図5を参照して説明を行うものとする。
図5に示したように、小売事業者システム115の小売事業者本体システム115Aの需要予測部51は、需要家の契約、需要家自身の需要計画、需要履歴等に基づいて配下にある需要家システム114全体の電力需要予測を行う。これにより需要計画作成部52は、需要予測部51の電力需要予測に従って配下にある需要家システム114全体の電力需要計画を作成する(ステップS11)。
図8は、充放電のスポット市場充放電対象日の前日の所定時刻までに、実際の充放電計画を立てる場合に行われる処理の処理フローチャートである。
小売事業者システム115の小売事業者本体システム115Aの需要予測部51は、実際の放電計画を立てる時点における需要家の契約、需要家自身の需要計画、需要履歴等に基づいて、配下にある需要家システム114全体の充放電の実施対象日における電力需要予測を行う。これにより需要計画作成部52は、需要予測部51の電力需要予測に従って配下にある需要家システム114全体の電力需要計画を作成する(ステップS21)。
続いて需給配分計画作成部55は、ステップS15で送信した暫定充放電指示において、第1次充放電計画と同じタイミングで判断が必要なマスク時間帯については、ステップS15で送信した暫定充放電指示を確定し、第0次充放電計画とする(ステップS24)。
ここで、スポット市場とは、発電事業者121と小売事業者123の入札を1日単位で全てまとめて突き合わせを行い、需要供給の関係で価格と量を均衡させるために、電力取引市場に設けられた一日前市場のことである。そして、発電事業者121及び小売事業者123は、必要に応じて電力取引市場125において入札を行うこととなる。
この場合において、ステップS23で作成した需給配分計画の計画書の作成後にスポット市場で入札して約定できた充放電計画がある場合には、それらを反映させた後の需給配分計画の計画書を電力広域的運営推進機関に提出することとなる。
さらに需給配分計画作成部55は、配分計画を織り込んで(ステップS27)、第1次充放電指示(第1次充放電計画)を作成し、蓄電池充放電制御システム115Bに送信して通知する(ステップS28)。
図6(d)に示すように、マスクMSK1に対応するマスク時間帯(t11〜t12)よりも前の時間帯には、充電計画C11および放電計画D11が第1次充放電指示(第1次充放電計画)として設定される。
また、マスクMSK1に対応する時間帯t11〜t12は、マスクデータ130において対応する時間帯t11〜t12のしきい値価格データ133に基づく判別の結果、何も行わないこととされたので、そのままの状態となっている。
さらにマスクMSK3に対応するマスク時間帯(t15〜t16)以後の時間帯には、充電計画C17および放電計画D17が第1次充放電指示(第1次充放電計画)として設定される。
これにより、蓄電池充放電制御システム115Bは、新たな暫定充放電指示(第0次充放電計画)を受信して記憶する(ステップS31)。
これにより蓄電池システム117は、送信された第1次充放電指示を受信して記憶する(ステップS34)。
これにより蓄電池システム117は、送信された暫定充放電指示(第0次充放電計画)を受信して記憶する(ステップS36)。
図9は、充放電の実施対象日の前日〜当日の充放電実施時間帯の一時間前までの期間であって、第2次充放電計画を立てる場合に行われる処理の処理フローチャートである。
小売事業者システム115の小売事業者本体システム115Aの需要予測部51は、第2次充放電計画を立てる時点における需要家の契約、需要家自身の需要計画、需要履歴等に基づいて、配下にある需要家システム114全体の充放電の実施対象日における電力需要予測を行う。これにより需要計画作成部52は、需要予測部51の電力需要予測に従って配下にある需要家システム114全体の電力需要計画を作成する(ステップS41)。
続いて需給配分計画作成部55は、ステップS15で送信した暫定充放電指示において、第2次充放電計画と同じタイミングで判断が必要なマスク時間帯については、ステップS15で送信した暫定充放電指示を確定し、第0次充放電計画とする(ステップS44)。
ここで、1時間前市場(当日市場)について説明する。
実際の電力の需要供給の関係は、固定的なものではなく、発電設備の故障等による電力供給の変動や、気温の変動などによる電力需要の変動などが生じる。
そこで、この需要供給関係の変動を吸収し、調整するための場として、一日を電力の計量単位(毎時0分〜30分、30分〜60分)で分割した48個の取引時間帯でそれぞれ個別に需要供給の関係で価格と量を均衡させるザラ場取引を行う1時間前市場(当日市場)が設けられている。
さらに需給配分計画作成部55は、配分計画を織り込んで(ステップ47)、第2次充放電指示(第2次充放電計画)を作成し、蓄電池充放電制御システム115Bに送信して通知する(ステップS48)。
図6(e)に示すように、マスクMSK1に対応するマスク時間帯(t11〜t12)よりも前の時間帯は、第1次充放電計画に変更はないので、充電計画C11および放電計画D11が第2次充放電指示(第2次充放電計画)としてそのまま設定される。
また、マスクMSK1に対応する時間帯t11〜t12は、マスクデータ130において対応する時間帯t11〜t12のしきい値価格データ133に基づく判別の結果、何も行わないこととされたので、第2次充放電計画においても、再びそのままの状態となっている。
さらにマスクMSK3に対応するマスク時間帯(t15〜t16)以後の時間帯は、第1次充放電計画において設定された充電計画C17および放電計画D17がそのまま第2次充放電指示(第2次充放電計画)として設定される。
したがって、需給配分計画作成部55は、第2次充放電計画と同じタイミングで判断が必要ではないマスク時間帯、すなわち、未だマスクとして有効なマスク時間帯については、第2次充放電計画以降に確定判断を行い、必要に応じて確定がなされることとなる。
これにより蓄電池システム117は、送信された第2次充放電指示を受信して記憶する(ステップS54)。
これにより蓄電池システム117は、送信された暫定充放電指示(第0次充放電計画)を受信して記憶する(ステップS56)。
図10は、充放電の実施対象日の充放電実施時間帯に対応する1時間前市場のゲートクローズ後から当該充放電実施時間帯の開始までの期間であって、第3次充放電計画を立てる場合に行われる処理の処理フローチャートである。
小売事業者システム115の小売事業者本体システム115Aの需要予測部51は、第3次充放電計画を立てる時点における需要家の契約、需要家自身の需要計画、需要履歴等に基づいて、配下にある需要家システム114全体の充放電の実施対象日における当該時点で実際に充放電が既になされた時間帯以外の全ての時間帯について電力需要予測を行う。これにより需要計画作成部は、需要予測部51の電力需要予測に従って配下にある需要家システム114全体の当該時点で実際に充放電が既になされた時間帯以外の全ての時間帯についての電力需要計画を(再)作成する(ステップS61)。
図6(f)に示すように、マスクMSK1に対応するマスク時間帯(t11〜t12)よりも前の時間帯は、第1次充放電計画に変更はないので、充電計画C11および放電計画D11が第3次充放電指示(第3次充放電計画)としてそのまま設定される。
これにより蓄電池システム117は、送信された第3次充放電指示を受信して記憶する(ステップS69)。
小売事業者本体システム115Aは、充放電対象時間帯が経過すると、暫定的に充放電効果実績を精算する(ステップS71)。
そして、実際の充放電処理から所定の時間の経過後(現状では、およそ2ヶ月後)、インバランス精算結果を受信すると(ステップS72)、充放電効果実績を精算し確定する(ステップS73)。
まず、以上の説明で用いていたマスクと充電計画及び放電計画について説明する。
図12は、実施形態のマスク設定の基本的な説明図である。
以上の説明においては、図7に示したようなマスクデータ130を用いていたため、マスクMSKの設定を行う場合には、充電計画においては、充電量(充電可能容量)を100%マスクし、放電計画においては、放電量(放電可能容量)を100%マスクするものとなっていた。
図13において、図7と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
マスクデータ140は、マスク時間帯を特定するための時間帯IDを格納した時間帯IDデータ131と、当該時間帯に充電を行うのか、放電を行うのかを特定するための制御モードデータ132と、しきい値価格を格納したしきい値価格データ133と、マスク対象の充電容量あるいは放電容量を制限するためのマスクレベルデータ141と、を備えている。
図14に示すように、図13に示したマスクデータ140のマスクレベルデータ141を用いることにより、マスクMSKXの設定を行う場合には、充電計画においては、充電量(充電可能容量)のうち任意の容量(図14の例では、80%)をマスクし、放電計画においても、放電量(放電可能容量)のうち任意の容量(図15の例では、50%)をマスクすることができ、所望の容量をインバランス収益を考慮した運用に用いることができ、より一層システムを柔軟に運営することができる。
12 電力変換装置
21 電池盤
22 電池端子盤
23 電池ユニット
24 ゲートウェイ装置
25 直流電源装置
31−1〜31−22 セルモジュール
32−1〜32−22 CMU
33 サービスディスコネクト
34 電流センサ
35 コンタクタ
36 BMU
37 電池モジュール
41 盤遮断器
42 マスタ装置
51 需要予測部
52 需要計画作成部
53 電源調達量計算部
54 供給計画作成部
55 需給配分計画作成部
61 充放電判断部
62 充放電計画作成部
63 充放電指示判断部
64 蓄電池群制御部
65 蓄電池情報取得部
71 制御電源線
72 制御通信線
100 電力取引システム
111 発電事業者システム
112 系統事業者システム
113 需要家設備
114 需要家システム
115 小売事業者システム
115A 小売事業者本体システム
115B 蓄電池充放電制御システム
116 電力取引所システム
117 蓄電池システム
121 発電事業者
123 小売事業者
124 需要家
125 電力取引市場
130 マスクデータ
131 時間帯IDデータ
132 制御モードデータ
133 しきい値価格データ
140 マスクデータ
141 マスクレベルデータ
MSK、MSK1、MSK2、MSKX マスク
Claims (7)
- 一日を複数の時間帯に分割し、前記時間帯毎に電力の売買取引を行う電力市場を利用し、所定の場所に設置されて電力を蓄えることが可能な蓄電池システムに対し、前記時間帯毎に充放電計画を割り当てる充放電計画装置であって、
各前記時間帯について時系列的に設定された複数段階の充放電計画段階のうち、所定の条件を満たすまで、前記充放電計画の割り当てを禁止する時間帯をマスク時間帯として設定するマスク設定部と、
前記マスク時間帯が設定された充放電計画段階よりも後の各充放電計画段階において、前記マスク時間帯毎に前記所定の条件を満たしているか否かを判別する条件判別部と、
前記判別の結果に基づいて前記充放電計画段階において、未だ充放電割当がなされていない時間帯について充放電割当を行う充放電割当部と、
を備え、
前記マスク時間帯は、各前記時間帯のうちあらかじめ定められた一部の時間帯にのみ設定された充放電計画装置。 - 前記充放電計画段階は、第1段階から第m段階(mは2以上の整数)設定されており、
前記マスク設定部は、前記充放電計画の割り当てを禁止する第n段階(nは、2以上m以下の整数)を指定可能とされている、
請求項1記載の充放電計画装置。 - 前記マスク設定部は、前記マスク時間帯について前記充放電計画の割当が禁止される充電容量あるいは放電容量をそれぞれ独立して設定可能とされている、
請求項1又は請求項2記載の充放電計画装置。 - 一日を複数の時間帯に分割し、前記時間帯毎に電力の売買取引を行う電力市場を利用し、所定の場所に設置されて電力を蓄えることが可能な蓄電池システムに対し、前記時間帯毎に充放電計画を割り当てる充放電計画装置であって、
各前記時間帯について時系列的に設定された複数段階の充放電計画段階のうち、所定の条件を満たすまで、前記充放電計画の割り当てを禁止する時間帯をマスク時間帯として設定するマスク設定部と、
各充放電計画段階において、前記マスク時間帯毎に前記所定の条件を満たしているか否かを判別する条件判別部と、
前記判別の結果に基づいて前記充放電計画段階において、未だ充放電割当がなされていない時間帯について充放電割当を行う充放電割当部と、を備え、
前記充放電割当部は、以前に充放電割当がなされている時間帯であって、当該時間帯に対応する前記電力市場の入札のゲートクローズ後において、前記判別の結果に基づいて、より有利な条件で前記所定の条件を満たす可能性がある時間帯について前記充放電割当を再度行う、
充放電計画装置。 - 前記所定の条件は、インバランス精算による収益が所定しきい値以上となるという条件を含む、
請求項1乃至請求項4のいずれか一項記載の充放電計画装置。 - 一日を複数の時間帯に分割し、前記時間帯毎に電力の売買取引を行う電力市場を利用し、所定の場所に設置されて電力を蓄えることが可能な蓄電池システムに対し、前記時間帯毎に充放電計画を割り当てる充放電計画装置で実行される方法であって、
各前記時間帯について時系列的に設定された複数段階の充放電計画段階のうち、所定の条件を満たすまで、前記充放電計画の割り当てを禁止する時間帯をマスク時間帯として設定する過程と、
前記マスク時間帯が設定された充放電計画段階よりも後の各充放電計画段階において、前記マスク時間帯毎に前記所定の条件を満たしているか否かを判別する過程と、
前記判別の結果に基づいて前記充放電計画段階において、未だ充放電割当がなされていない時間帯について充放電割当を行う過程と、を備え、
前記マスク時間帯として設定する過程において、前記マスク時間帯を、各前記時間帯のうちあらかじめ定められた一部の時間帯にのみ設定させる、
方法。 - 一日を複数の時間帯に分割し、前記時間帯毎に電力の売買取引を行う電力市場を利用し、所定の場所に設置されて電力を蓄えることが可能な蓄電池システムに対し、前記時間帯毎に充放電計画を割り当てる充放電計画装置をコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
各前記時間帯について時系列的に設定された複数段階の充放電計画段階のうち、所定の条件を満たすまで、前記充放電計画の割り当てを禁止する時間帯をマスク時間帯として設定する手段と、
前記マスク時間帯が設定された充放電計画段階よりも後の各充放電計画段階において、前記マスク時間帯毎に前記所定の条件を満たしているか否かを判別する手段と、
前記判別の結果に基づいて前記充放電計画段階において、未だ充放電割当がなされていない時間帯について充放電割当を行う手段と、
して機能させ、
前記マスク時間帯として設定する手段において、前記マスク時間帯を、各前記時間帯のうちあらかじめ定められた一部の時間帯にのみ設定させる、
ためのプログラム。
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