JP6921529B2 - 配電系統の潮流制御方法及び配電システム - Google Patents

Description

本発明は、配電系統の潮流制御方法及び配電システムに関する。

近年、需要家の家屋等に設置される太陽光発電設備や蓄電設備が増えている（例えば特許文献１）。蓄電設備の設置によって、日中に発電された太陽光発電電力の余剰分を貯めておき、発電量が少なくなって商用電力を購入しなければならない時に、蓄電設備に貯めておいた電力を使うことができる。これにより、太陽光発電電力を有効に使用できるので、需要家の家屋等におけるエネルギー自給率が向上し、商用電力の購入量が減り環境にも良い。また、太陽光発電設備や蓄電設備を有する需要家の家屋等により、電力を自給で賄える電力融通街区が計画されている。

特開２０１５−１８６２７６号公報

電力融通街区では、各需要家の家屋等に配電線が設けられ、この配電線を介して、電力が送られる。太陽光発電設備や蓄電設備を有する電力融通街区の環境下では、各住宅から配電線に電流が流れる場合と、配電線から各住宅に電流が流れる場合とがある。配電線に流れる電流は潮流と呼ばれている。

電力融通街区を構築する場合、配電線として使用するケーブルや変圧器等の配電設備の定格は、配電線に流れる潮流を想定して決定される。配電線に流れる潮流が大きいと想定される場合、配電線として使用するケーブルとして、許容電流値の大きいものを用いる必要が生じる。しかしながら、許容電流値の大きいケーブルは、ケーブル径が太く、また変圧器の定格容量も大きくなり、多大なコストアップになる。また、配電線に流れる潮流が大きくなると、電圧が所定の範囲内から逸脱する可能性が高くなる。

上述の課題を鑑み、本発明は、配電線に流れる潮流を小さくでき、コストダウンが図れるともに、安定した電力供給できるようにした配電系統の潮流制御方法及び配電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、複数の需要家の家屋等で電力融通街区を構成し、前記複数の需要家の家屋等の間において配電線によって接続され電力を配電する配電系統の潮流制御方法であって、蓄エネルギー機器が、前記電力融通街区内の前記配電線に接続されることで分散設置され、第１電流電圧センサが、前記需要家が接続された前記配電線において各需要家の近傍にそれぞれ設けられ、電流及び電圧を検出し、第２電流電圧センサが、前記蓄エネルギー機器が接続された前記配電線において各蓄エネルギー機器の近傍に設けられ、電流及び電圧を検出し、計算部が、前記電力融通街区内の個々の需要家の家屋等の発電量及び需要量を予測した予測結果と、前記第１電流電圧センサによって検出された電流及び電圧と、前記第２電流電圧センサによって検出された電流及び電圧とを基に、前記配電線の許容電流値を超えないようにかつ前記配電線において制限された電圧値を超えないように収めるのに必要な前記蓄エネルギー機器の制御量を求め、前記求められた制御量に基づいて、当該配電系統に分散設置された蓄エネルギー機器を制御する配電系統の潮流制御方法である。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、前記電力融通街区の配電線の電流値が所定の制限値を超えないように、該配電系統に分散設置された蓄エネルギー機器を制御する。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、前記電力融通街区の配電線の電圧値が所定の制限値を超えないように、該配電系統に分散設置された蓄エネルギー機器を制御する。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、所定時間後の前記電力融通街区の配電系統の電力状態、又は、前記電力融通街区内の個々の需要家の家屋等の発電量及び需要量を予測し、その予測結果に応じて、当該所定時間後に前記配電系統に分散設置された個々の蓄エネルギー機器を制御する。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、所定時間後の前記電力融通街区の配電系統の電力状態が所定の状態に収まるように、予め前記蓄エネルギー機器の蓄エネルギー量の調整を行なうようにした。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、蓄エネルギー機器を電力融通街区内の需要家の家屋等に設置し、又は、複数の需要家の家屋等に対し共用の機器として設置し、又は、その両方であることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、複数の需要家の家屋等に対し共用の機器として設置された蓄エネルギー機器が少なくとも無効電力を注入する。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、前記電力融通街区の配電系統の構成機器の許容電流値が、当該電力融通街区の連系点に近い位置にあるほど大きい。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、前記電力融通街区内の発電設備出力が、当該電力融通街区の連系点に近い位置にあるほど大きい。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、前記電力融通街区内の需要家の家屋等のピーク電力が、当該電力融通街区の連系点に近い位置にあるほど大きい。

また、本発明の一態様は、上記配電系統の潮流制御方法であって、前記電力融通街区の配電系統が低圧系統のみで構成されている。

また、本発明の一態様は、複数の需要家の家屋等で電力融通街区を構成し、前記複数の需要家の家屋等の間において配電線によって接続される配電系統により電力を配電する配電システムであって、前記電力融通街区内の前記配電線に接続されることで分散設置された蓄エネルギー機器と、前記需要家が接続された前記配電線において各需要家の近傍に設けられる複数の第１電流電圧センサと、前記蓄エネルギー機器が接続された前記配電線において各蓄エネルギー機器の近傍に設けられる複数の第２電流電圧センサと、前記複数の第１電流電圧センサによって検出された電流及び電圧と、前記複数の第２電流電圧センサによって検出された電流及び電圧とを取得する情報取得部と、前記電力融通街区内の個々の需要家の家屋等の発電量及び需要量を予測した予測結果と、当該情報取得部で取得された情報とを基に、前記配電線の許容電流値を超えないようにかつ前記配電線において制限された電圧値を超えないように収めるのに必要な前記蓄エネルギー機器の制御量を求める計算部と、当該計算部で求められた制御量に基いて、前記分散設置された個々の蓄エネルギー機器を制御する蓄エネルギー制御部とを備える。

また、本発明の一態様は、上記配電システムであって、更に、前記電力融通街区内の電力を制御する電力管理サーバーを備え、前記計算部を電力管理サーバー内に設け、前記電力管理サーバーで、前記電力融通街区内に分散設置された蓄エネルギー機器を総合的に制御するようにした。

また、本発明の一態様は、上記配電システムであって、前記計算部を前記個々の需要家の家屋等内、又は、前記分散設置された個々の共用蓄エネルギー機器内に設け、当該個々の需要家の家屋等内で、又は、当該分散設置された個々の共用蓄エネルギー機器内で、蓄エネルギー機器を自立的に制御するようにした。

また、本発明の一態様は、上記配電システムであって、前記情報取得部は、更に、前記電力融通街区内の個々の需要家の家屋等の発電電力量や需要電力量の情報を取得するようにした。

本発明によれば、電力融通街区の配電系統の電力状態が所定の状態に収まるように制御できる。このため、配電線に流れる電流を減少させ、配電線として用いるケーブルの許容電流値を下げることができる。これにより、電力融通街区を構築する上でのコストが削減できる。また、配電線に流れる電流が減少することで、供給電圧を安定させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る配電システムの概要の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る配電システムにおける需要家の住宅の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る配電システムにおけるＨＥＭＳ管理部及び家庭用蓄電池の機能に基づくブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る配電システムにおける共用蓄電池のブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る配電システムにおける電力管理サーバーのブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る配電システムにおける電力管理サーバーでの処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る配電システムの概要の説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る配電システムの概要の説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る配電システムにおける共用蓄電池のブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る配電システムの概要の説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る配電システムの概要の説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る配電システムにおけるＨＥＭＳ管理部及び家庭用蓄電池のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
なお、上述の家屋等とは、住宅、店舗、工場、倉庫その他の建物を意味し、実施形態においては、住宅で例示する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る配電システム１の概要を示す。図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る配電システム１は、電力融通街区１０の電力を制御するものである。電力融通街区１０は、制御対象とする同一の配電系統に接続された地理的に近接された電力管理区域である。

図１において、電力融通街区１０には、需要電力家の住宅である戸建て住宅１１−１〜１１−Ｎ（蓄エネルギー機器；Ｎは１以上の整数）が例えば５０個程度建築されている。各住宅１１−１〜１１−Ｎには、太陽光発電設備３１と、家庭用蓄電池３２とが備えられている。また、各住宅１１−１〜１１−Ｎは、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）により電力が管理されている。なお、以下の説明では、住宅１１−１〜１１−Ｎを特定しない場合、住宅１１という。

電力融通街区１０には、住宅１１のおよそ３棟に１つの割合で、共用蓄電池１２−１〜１２−Ｍ（共用蓄エネルギー機器；Ｍは１以上の整数）が設置されている。共用蓄電池１２−１〜１２−Ｍは、電力融通街区１０における電力を蓄積し、電力融通街区１０における住宅１１−１〜１１−Ｎで電力を共用するものである。これらの設備の容量と設置は、街区内各需要家の住宅の想定需要量、各需要家の住宅からの想定逆潮流量をもとに決定される。なお、共用蓄電池１２−１〜１２−Ｍを分散設置しているのは、共用蓄電池１２−１〜１２−Ｍの付近に潮流が集中しないようにするためである。また、以下の説明では、共用蓄電池１２−１〜１２−Ｍを特定しない場合、共用蓄電池１２という。

商用電力の配電線１３には、６６００Ｖの電力が送電されている。商用電力の配電線１３からの６６００Ｖの電力は、柱上変圧器１４によって降圧されて、街区の配電線１５によって引き込まれる。柱上変圧器１４は、二次側電圧２１０Ｖ、単相３線式、５０ｋＶＡの自動電圧調整機能付きの変圧器である。街区の配電線１５は、電力融通街区１０における各住宅１１−１〜１１−Ｎ間で電力を配電していく際の幹線となるケーブルであり、配電線１５のケーブルは、電力融通街区１０において地中に埋設されている。

電力融通街区１０内の配電線１５の電圧は全て標準電圧２００Ｖの低圧系統のみで構成される。また、配電線１５から、各住宅１１への引込み線１６には、耐圧６００Ｖ、公称断面積１４ｍｍ^２、許容電流値８４Ａの地中埋設ケーブルが使われる。また、配電線１５から各共用蓄電池１２に分岐する引込み線１７には、耐圧６００Ｖ、公称断面積３８ｍｍ^２、許容電流値１５０Ａの地中埋設ケーブルが使われる。

なお、配電線１５のケーブルに流れる電流による温度上昇や地中埋設管内の環境温度によって、許容電流値は減少するため、配電線１５の実際の許容電流値は１２０Ａとしている。また、配電線１５及び引込み線の電圧は、電気事業法の定めるところにより２０２±２０Ｖに制限される。本実施形態に係る配電システム１では、電力融通街区１０内は全て標準電圧２００Ｖの配電系統であるため、変圧器を収納するパッドマウントを設置する必要がなく、街区の美観と、歩道の良好な通行性が保たれる。

また、本実施形態では、共用蓄電池１２−１〜１２−Ｍが分散設置されている。これにより、電力融通街区１０全体における電力を確保できる。各住宅１１に備えられる家庭用蓄電池３２は、コスト面から無効電力注入により力率を改善させる機能は具備されないと想定される。これに対して、共用蓄電池１２は、家庭用蓄電池３２より大きい容量の産業用の蓄電池を用いることができる。この場合、無効電力を注入する機能も具備されている。無効電力注入により、配電系統の電圧を制限値内に収めることができる。

また、本実施形態では、電力融通街区１０に、複数の家庭用蓄電池３２や共用蓄電池１２の蓄エネルギー機器が、両方とも分散設置されている。また、電力融通街区１０には、複数の太陽光発電設備３１が分散設置されている。このようなシステムでは、家庭用蓄電池３２や共用蓄電池１２等の蓄エネルギー機器の中で、十分に充電されていないものには、太陽光発電設備３１や商用電力等から充電電流が配電線１５を介して流れていく。また、各住宅１１内で電気器具を使用したとき、その住宅１１の太陽光発電設備３１や家庭用蓄電池３２の電力では賄い切れない場合には、他の住宅１１の太陽光発電設備３１や家庭用蓄電池３２、或いは商用電力から配電線１５を介して電力が賄われる。この配電線１５を介して流れる電流は、潮流と呼ばれている。

電力融通街区１０を構築する場合、配電線１５として使用するケーブルの定格は、配電線１５に流れる潮流を想定して決定される。配電線１５に流れる潮流が小さければ、配電線１５として使用するケーブルとして、許容電流値の小さいものを使用できる。

本実施形態に係る配電システム１では、各住宅１１の近傍の配電線１５の上流側（街区外方向）に、電流センサ１９が設置される。また、各共用蓄電池１２の近傍の配電線１５の上流側には、電流センサ２０が設置される。この電流センサ１９及び２０により、各住宅１１及び各共用蓄電池１２の近傍の配電線１５に流れる電流が検出される。

電流センサ１９の電流検出値は、近傍の住宅１１から、ネットワーク２１を介して、電力管理サーバー１８に送られる。電流センサ２０の電流検出値は、近傍の共用蓄電池１２から、ネットワーク２１を介して、電力管理サーバー１８に送られる。また、各住宅１１の発電電力量及び需要電力量の情報は、住宅１１から、ネットワーク２１を介して、電力管理サーバー１８に送られる。なお、住宅１１から電力管理サーバー１８には、更に、住宅に出入りしている電気の電力、蓄電池残量等、各種の情報を送信しても良い。

電力管理サーバー１８は、これら各住宅１１及び各共用蓄電池１２の近傍の配電線１５に流れる電流と、各住宅１１の発電電力量及び需要電力量の情報とから、配電線１５に流れる電流を所定値内とするように、各住宅１１の充放電量及び共用蓄電池１２の充放電量を総合的に決定する。この各住宅の充放電量の制御値は、電力管理サーバー１８から、ネットワーク２１を介して、各住宅１１及び各共用蓄電池１２に送られる。

各住宅１１では、電力管理サーバー１８から送られてきた制御値に基いて、家庭用蓄電池３２の充放電が制御される。また、各共用蓄電池１２では、電力管理サーバー１８から送られてきた制御値に基いて、充放電が制御される。これにより、配電線１５に流れる潮流を所定値内に制御することができる。

図２は、本実施形態に係る配電システム１における需要家の住宅１１の構成を示す。図２に示すように、住宅１１には、太陽光発電設備３１と、家庭用蓄電池３２と、ＨＥＭＳ管理部３３と、分電盤３４が設けられている。太陽光発電設備３１としては、例えば平均９ｋＷの発電量のものが用いられる。家庭用蓄電池３２としては、例えば、５ｋＷｈから２０ｋＷｈの充電量のものが用いられる。太陽光発電設備３１と家庭用蓄電池３２とは、分電盤３４に接続されている。また、分電盤３４からは、各種の電気器具からなる負荷機器３６に電力が供給される。また、各住宅１１には、ＨＥＭＳ管理部３３が設けられている。ＨＥＭＳ管理部３３は、太陽光発電設備３１の発電量、家庭用蓄電池３２の充電量、負荷機器３６の電力使用量等をモニタし、電力の管理を行っている。

図３は、本実施形態に係る配電システム１におけるＨＥＭＳ管理部３３及び家庭用蓄電池３２の機能に基づくブロック図である。図３に示すように、ＨＥＭＳ管理部３３は、情報取得部４１と、情報送信部４２と、制御値受信部４３と、制御値送信部４４とを有している。

情報取得部４１は、住宅１１の近傍の配電線１５に設けた電流センサ１９から、配電線１５の電流計測値を取得する。また、情報取得部４１は、住宅１１の発電電力量及び需要電力量を取得する。情報送信部４２は、情報取得部４１で取得した電流値、並びに発電電力量及び需要電力量の情報を、ネットワーク２１を介して、電力管理サーバー１８に送信する。制御値受信部４３は、電力管理サーバー１８により求められた制御値を、ネットワーク２１を介して受信する。制御値送信部４４は、受信した制御値を家庭用蓄電池３２に送信する。

家庭用蓄電池３２は、制御値受信部５１と、充放電制御部５２（蓄エネルギー制御部）と、蓄電池５３とを有する。制御値受信部５１は、制御値送信部４４から送信された制御値を受信する。充放電制御部５２は、制御値受信部５１で受信した制御値（予測結果）に基いて、蓄電池５３の充放電を制御する。蓄電池５３は、リチウムイオンバッテリや鉛蓄電池からなる。

なお、ＨＥＭＳ管理部３３と家庭用蓄電池３２間の通信は、物理層にEthernet（登録商標）を活用することなどが考えられる。本実施例では、ＨＥＭＳ管理部３３を介して家庭用蓄電池３２を制御しているが、家庭用蓄電池のパワーコンディショナに幹線系統の電流信号を取り込み、家庭用蓄電池が自立して動作しても良い。

図４は、本実施形態に係る配電システム１における共用蓄電池１２のブロック図である。図４に示すように、共用蓄電池１２は、情報取得部６１と、情報送信部６２と、制御値受信部６３と、充放電制御部６４（蓄エネルギー制御部）と、蓄電池６５とを有している。

情報取得部６１は、共用蓄電池１２の近傍の配電線１５に設けた電流センサ２０からの電流値を取得する。情報送信部６２は、情報取得部６１で取得した電流値を、ネットワーク２１を介して電力管理サーバー１８に送信する。制御値受信部６３は、電力管理サーバー１８により求められた制御値を、ネットワーク２１を介して受信する。充放電制御部６４は、受信した制御値（予測結果）に基いて、蓄電池６５の充放電を制御する。蓄電池６５は、リチウムイオンバッテリや鉛蓄電池からなる。

図５は、本実施形態に係る配電システム１における電力管理サーバー１８のブロック図である。図５に示すように、電力管理サーバー１８は、情報取得部７１と、計算部７２と、制御値送信部７３とを有する。

情報取得部７１は、各住宅１１の情報送信部４２及び共用蓄電池１２の情報送信部６２から、配電線１５の各所の電流値と、各住宅１１の発電電力量及び需要電力量を取得する。計算部７２は、配電線１５の各所の電流値と、各住宅１１の発電電力量及び需要電力量とから、配電線１５の電流が所定時間後において所定値以下になるように、各共用蓄電池１２及び各住宅１１の家庭用蓄電池３２の充放電量を総合的に決定する。制御値送信部７３は、計算部７２で決定した充放電量（予測結果）を、各共用蓄電池１２の制御値受信部６３及び各住宅１１のＨＥＭＳ管理部３３の制御値受信部４３に送信する。

図６は、本実施形態に係る配電システム１における電力管理サーバー１８での処理を示すフローチャートである。

（ステップＳ１０１）
電力管理サーバー１８の情報取得部７１は、１分経過したか否かを判定する。１分経過していなければ、ステップＳ１０１にリターンする。

（ステップＳ１０２）
情報取得部７１は、１分経過したと判定すると、各住宅１１のＨＥＭＳ管理部３３の情報送信部４２及び各共用蓄電池１２の情報送信部６２から、各所の配電線１５の電流値を取得する。すなわち、前述したように、各住宅１１の情報取得部４１では、電流センサ１９により、その住宅１１の近傍の配電線１５の電流値を電流センサ１９により検出している。また、各共用蓄電池１２の情報取得部６１では、その共用蓄電池１２の近傍の配電線１５の電流値を電流センサ２０により検出している。情報取得部７１は、電流センサ１９及び電流センサ２０で検出された各所の配電線１５の電流値を取得する。

（ステップＳ１０３）
また、電力管理サーバー１８の情報取得部７１は、各住宅１１のＨＥＭＳ管理部３３の情報送信部４２から、各住宅１１での発電電力量及び需要電力量を取得する。

（ステップＳ１０４）
電力管理サーバー１８の計算部７２は、ステップＳ１０２で取得した配電線１５の各所での電流値と、ステップＳ１０３で取得した各住宅１１での発電量及び需要量から、配電線１５の電流が所定値（例えば１２０Ａ）以下となるように、各住宅１１の家庭用蓄電池３２の充放電量及び共用蓄電池１２の充放電量を決定する。

なお、上述の所定値以下とする配電線１５の電流値は、配電設備の電流許容値や、電力の安定供給のために定められた電流の許容範囲を示す。安全をみて設備能力に余裕をもたせることや、他の配電系統内の事項による迂回して流れる電流を勘案することもあり、これも合わせて所定の電流が決定される。また、計算部７２は、更に、住宅に出入りしている電力、蓄電池残量等、各種の情報を用いて、各住宅１１の家庭用蓄電池３２の充放電量及び共用蓄電池１２の充放電量を決定しても良い。

（ステップＳ１０５）
電力管理サーバー１８の制御値送信部７３は、３分経過したか否かを判定する。３分経過していなければ、ステップＳ１０１にリターンし、ステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理を繰り返して行う。ステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理を１分間隔で繰り返して行うことにより、ステップＳ１０２で、電力管理サーバー１８は、各住宅１１の近傍の配電線１５の電流センサ１９の検出値と、各共用蓄電池１２の近傍の配電線１５の電流センサ２０の検出値を、１分毎に取得できる。また、電力管理サーバー１８は、ステップＳ１０３で、各住宅１１での発電量及び需要量を１分間隔で取得できる。また、計算部７２は、ステップＳ１０４で、配電線１５の電流が所定値以下となる各住宅１１の家庭用蓄電池３２の充放電量及び共用蓄電池１２の充放電量として、３分経過後の値（所定時間後の予測結果）を計算する。

（ステップＳ１０６）
ステップＳ１０５で３分経過したと判定すると、電力管理サーバー１８の制御値送信部７３は、ステップＳ１０４で求めた充放電量を、各住宅１１のＨＥＭＳ管理部３３の制御値受信部４３及び各共用蓄電池１２の制御値受信部６３に送信する。これにより、３分毎に、電力管理サーバー１８から各住宅１１及び各共用蓄電池１２に、充放電量の制御値が送られる。

各住宅１１のＨＥＭＳ管理部３３の制御値受信部４３は、電力管理サーバー１８で求めた充放電制御値を受信する。各住宅１１の家庭用蓄電池３２では、この制御値に基いて、蓄電池５３の充放電を制御する。また、各共用蓄電池１２では、この制御値に基いて、蓄電池６５の充放電を制御する。これにより、配電線１５の潮流を所定値以下に制御することができる。

なお、上述の例では、各住宅１１に、創エネルギー機器として太陽光発電設備３１を設けているが、創エネルギー機器として太陽光発電設備以外のものを用いても良い。例えば、創エネルギー機器として、ガス発電機、水素発電機、及び燃料電池等を用いても良い。

また、上述の例では、各住宅１１に、蓄エネルギー機器として、家庭用蓄電池３２を設けているが、蓄エネルギー機器としては、リチウムイオン型バッテリーや鉛蓄電池等の二次電池の他、大容量キャパシタ等を用いても良い。また、ヒートポンプ式給湯器など電気式給湯器では、電気を熱に変換して、保存することができる。したがって、このような電気式給湯器も、蓄エネルギー機器の範疇に入る。

また、上述の例では、配電線１５の潮流を所定値以下となるように、各住宅１１の家庭用蓄電池３２及び共用蓄電池１２の充放電を制御しているが、配電線１５の潮流を所定値以下となるように、太陽光発電設備３１の発電量を制御しても良い。

また、上述の例では、電力管理サーバーの計算部７２は、配電線１５の各所での電流値と、各住宅１１での発電量及び需要量から、配電線１５の電流が所定値以下となるように、各住宅１１の家庭用蓄電池３２の充放電量及び共用蓄電池１２の充放電量を決定している。この各住宅１１での発電量及び需要量については、予想値を用いても良い。

すなわち、翌日が晴天なら、太陽光発電設備の発電量は多くなり、電力供給量は高くなると予想できる。また、翌日が雪なら、太陽光発電設備の発電量は少なくなり、需要電力量が高くなると予想できる。このように、発電量や需要量は、翌日の天気や気温で予想できる。また、翌日が休日かどうか、大きなイベントがあるかどうか等により、どの時間に、どのくらいの発電量及び需要量があるかは、ある程度、予想できる。電力管理サーバーの計算部７２は、各住宅１１での発電量及び需要量の予想値に基いて、配電線１５の電流が所定値以下となるように、各住宅１１の家庭用蓄電池３２の充放電量及び共用蓄電池１２の充放電量を決定する。

例えば以下のような運用が考えられる。前日に翌日（当該日）の気象情報等から、各家庭の当該日の逆潮流量を予測し、逆潮流量が多いと予測される時間帯に充電することを計画し、所定時間における充電開始時刻を決定する。充電開始時刻は複数設定される場合もある。このとき、ヒートポンプ式給湯器など電気式給湯器の沸き上げ運転と併用し逆潮流量を削減する計画とすることも考えられる。また、需要が多い時間帯は家庭用蓄電池３２から放電することを計画する。

当該日の需要が開始される朝時点で必要な家庭用蓄電池３２の必要残量を求め、需要量の少ない深夜時間帯に、該必要残量になるよう充放電を行なう。このとき、配電線１５の許容電流値が１２０Ａを超えないように、電力融通街区１０内の家庭用蓄電池３２の充放電を輪番に行なえるよう、予め各家庭用蓄電池３２毎に充電可能時間帯を設定しておくなどの工夫をする。

家庭用蓄電池３２の動作は、需要量に応じて外部から住宅への電気の供給量がゼロになるよう放電する。また、充電開始時刻以降は、逆潮流が発生しないように充電する。充電開始時刻以降であっても実際に外部から住宅への電気の供給が必要な場合には、家庭用蓄電池３２からの放電電力で賄う。この充放電は、配電線１５の系統から取得した配電線の電流値に応じて増減させる。電流が電力融通街区１０の外方向から流れている場合は放電、電力融通街区１０の外方向へ流れている場合は充電を行なう。これによって、配電線の潮流を最小限に抑制することができる。

配電線の潮流は、電力融通街区１０内の全住宅の発電量と需要量のバランスによって発生するものであり、ある１台の家庭用蓄電池３２だけで調整するのは困難なため、このときの充放電量は、一家庭に予め割り当てられた量を上限とする。家庭用蓄電池３２で充電しきれない発電電力や、賄いきれない需要については、外部からの供給や外部へ逆潮流が発生することとなる。

共用蓄電池１２の動作は、配電線１５の系統の電流値、電圧値を基に充放電をする。電流が電力融通街区１０の外方向から流れている場合は放電、電力融通街区１０の外方向へ流れている場合は充電を行なう。家庭用蓄電池３２と同様、配電線の潮流は、電力融通街区１０内の全住宅の発電量と需要量のバランスによって発生するものであり、ある１台の共用蓄電池１２だけで調整するのは困難である。このときの充放電量は、段階的にある一定の時間間隔、例えば１分程度の間隔で段階的に充放電量を増減させていき、測定点の配電線系統の電流値がゼロになるよう調整する。また、共用蓄電池１２は、無効電力を系統に注入し系統の電圧を調整する機能を持つ。測定点の電圧が２０２±２０Ｖの制限値内に収まるように無効電力を注入する。

また、配電系統の電力状態が所定内に収まるよう蓄エネルギー機器を制御していると、蓄エネルギー量が可能な上限、又は下限に到達し、配電系統の潮流制御が十分に行なえなくなることがある。例えば、配電系統の潮流が所定の状態に収まるように、各家庭の太陽光発電設備３１の余剰電力を家庭用蓄電池３２に充電する必要があるときに、家庭用蓄電池３２が満充電状態に達していると、充電することができず、過電流の潮流が発生する。

これを避けるため、予めこのような過電流状態になることを予測し、必要な充電量の分だけ電力融通街区１０内に分散設置された蓄電池（家庭用蓄電池３２や共用蓄電池１２）の容量を予め調整する必要がある。このためには、電力融通街区１０内の配電系統電力状態を所定内に維持することに加え、予め、電力融通街区１０内に分散設置された蓄電池の放電を行うこととなる。この放電は、配電系統の潮流量の少ないときに、所定の電力状態を超えないように緩やかに行い、この電力は電力融通街区１０外に送電される。

逆に、天気が悪くなることが予想され、太陽光発電電力を充電することが期待できない場合は、予め家庭用蓄電池３２に充電しておくという調整が必要となる。この場合も同様に、配電系統の潮流量の少ないときに電力融通街区外から受電し、配電系統の電力状態が所定内に収まるよう緩やかに充電を行う。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る配電システム１０１を示している。図７において、住宅１１１、共用蓄電池１１２、配電線１１３、柱上変圧器１１４、配電線１１５、引込み線１１６、引込み線１１７、電力管理サーバー１１８、電流・電圧センサ１１９、電流・電圧センサ１２０、ネットワーク１２１、太陽光発電設備１３１、家庭用蓄電池１３２は、第１の実施形態における、住宅１１、共用蓄電池１２、配電線１３、柱上変圧器１４、配電線１５、引込み線１６、引込み線１７、電力管理サーバー１８、電流センサ１９、電流センサ２０、ネットワーク２１、太陽光発電設備３１、家庭用蓄電池３２に対応する。

前述の第１の実施形態では、各住宅１１の近傍の配電線１５には電流センサ１９が設置され、各共用蓄電池１２の近傍の配電線１５には、電流センサ２０が設置される。そして、電力状態として、配電線１５の各所の電流を検出し、この配電線１５の各所の電流値に基いて、配電線１５に流れる潮流を所定値内とするように、各住宅１１の充放電量及び共用蓄電池１２の充放電量を制御している。

これに対して、この第２の実施形態では、各住宅１１１の近傍の配電線１１５には電流・電圧センサ１１９が設置され、各共用蓄電池１１２の近傍の配電線１１５には、電流・電圧センサ１２０が設置される。そして、電力状態として、配電線１１５の各所の電流及び電圧を検出し、この配電線１１５の各所の電流及び電圧値に基いて、配電線１１５の電力状態（電流及び電圧）を所定値内とするように、各住宅１１１の充放電量及び共用蓄電池１１２の充放電量を制御している。他の構成については、第１の実施形態と同様である。

本実施形態では、電流・電圧センサ１１９及び１２０で、配電系統の電力状態として、配電線１１５の各所の電流及び電圧を検出しているので、配電線１１５に流れる潮流を所定値以下にできるとともに、配電線１１５の電圧を所定値（例えば２０２±２０Ｖ）以内に制御できる。なお、配電線１１５の各所の電力状態は、電流及び電圧だけでなく、相関平衡度、力率等であっても良い。

また、この例では、各住宅１１１の近傍の配電線１１５と、各共用蓄電池１１２の近傍の配電線１１５との双方に、電流・電圧センサを設置しているが、どちらか一方を電流センサ、他方を電流・電圧センサとしても良い。例えば、各住宅１１１の近傍の配電線１１５に電流センサを設置し、各共用蓄電池１１２の近傍の配電線１１５に電流・電圧センサを設置しても良い。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る配電システム２０１を示している。図８において、住宅２１１、共用蓄電池２１２、配電線２１３、柱上変圧器２１４、配電線２１５、引込み線２１６、引込み線２１７、電力管理サーバー２１８、電流センサ２１９、電流・電圧センサ２２０、ネットワーク２２１、太陽光発電設備２３１、家庭用蓄電池２３２は、第１の実施形態における、住宅１１、共用蓄電池１２、配電線１３、柱上変圧器１４、配電線１５、引込み線１６、引込み線１７、電力管理サーバー１８、電流センサ１９、電流センサ２０、ネットワーク２１、太陽光発電設備３１、家庭用蓄電池３２に対応する。

前述の第１の実施形態では、各住宅１１の近傍の電流センサ１９の検出値と、各共用蓄電池１２の近傍の電流センサ２０の検出値とを、ネットワーク２１を介して、電力管理サーバー１８に送るようにしている。

これに対して、この実施形態では、各住宅２１１の近傍の電流センサ２１９の検出値については、ネットワーク２２１を介して、電力管理サーバー２１８に送るが、各共用蓄電池２１２の近傍の電流・電圧センサ２２０の検出値については、電力管理サーバー２１８に送らず、共用蓄電池２１２内で自立的に、配電線２１５の電流制御を行うようにしている。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る配電システム２０１における共用蓄電池２１２のブロック図である。図９に示すように、共用蓄電池２１２は、情報取得部２６１と、計算部２６２と、充放電制御部２６４（蓄エネルギー制御部）と、蓄電池２６５とを有している。

情報取得部２６１は、共用蓄電池２１２の近傍の配電線２１５に設けた電流・電圧センサ２２０からの電流値及び電圧値を取得する。計算部２６２は、情報取得部２６１で取得した電流値及び電圧値から、配電線２１５の電流値及び電圧値が所定値内になるように、当該共用蓄電池２１２の充放電量を決定する。充放電制御部２６４は、計算部２６２で求められた制御値（予測結果）に基いて、蓄電池２６５の充放電を制御する。蓄電池２６５は、リチウムイオンバッテリや鉛蓄電池からなる。

前述の第１の実施形態では、分散設置された全ての住宅１１の家庭用蓄電池３２及び共用蓄電池１２の充放電を電力管理サーバー１８の計算値で制御している。この場合、電力管理サーバー１８は、配電線１５の電流値が所定値以内となる最適な充放電量を全ての家庭用蓄電池３２及び共用蓄電池１２に対して設定しなければならず、電力管理サーバー１８の負担が大きい。また、家庭用蓄電池３２及び共用蓄電池１２の充放電量をネットワーク２１を介して、電力管理サーバー１８で制御すると、ネットワーク２１による遅延が生じ、リアルタイム処理が難しい。

これに対して、この実施形態では、共用蓄電池２１２の充放電を自立的に設定しているため、電力管理サーバー１８の負担が軽減できる。また、共用蓄電池２１２の充放電を自立的に設定しているため、制御の遅れがなく、リアルタイムで共用蓄電池２１２の充放電を制御できる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態に係る配電システム３０１を示している。図１０において、住宅３１１、共用蓄電池３１２、配電線３１３、柱上変圧器３１４、配電線３１５、引込み線３１６、引込み線３１７、電力管理サーバー３１８、電流センサ３１９、電流・電圧センサ３２０、ネットワーク３２１、太陽光発電設備３３１、家庭用蓄電池３３２は、第１の実施形態における、住宅１１、共用蓄電池１２、配電線１３、柱上変圧器１４、配電線１５、引込み線１６、引込み線１７、電力管理サーバー１８、電流センサ１９、電流センサ２０、ネットワーク２１、太陽光発電設備３１、家庭用蓄電池３２に対応する。

この実施形態では、住宅３１１−１、住宅３１１−２、…、３１１−Ｎは、街区出入り口側（商用電力の配電線３１３に近い側）から、発電電力量の大きい需要家の住宅の順に、並べられている。すなわち、住宅３１１−１が一番発電電力量量の大きい需要家の住宅、住宅３１１−２がその次に発電電力量の大きい需要家の住宅である。例えば、各住宅３１１の設置は、街区出入口側から、最大で１２ＫＷの太陽光発電付き住宅３１１−１を先頭に、最奥部では４ＫＷの太陽光発電付き住宅３１１−Ｎとなる。そして、発電電力量の大きい数件の住宅３１１−１、住宅３１１−２、…を電力管理ブロック３３０としている。

このような配電システム３０１では、街区出入り口ほど配電線３１５の潮流が大きくなる。また、住宅３１１−１、住宅３１１−２、…の発電電力量は大きく、配電線３１５の潮流は、電力管理ブロック３３０内の住宅３１１−１、住宅３１１−２、…で殆ど決まる。したがって、電力管理サーバー３１８で各住宅３１１の家庭用蓄電池３３２の制御量を求める際に、電力管理ブロック３３０内の住宅３１１−１、住宅３１１−２、…の制御量から優先的に求めていくことができる。

また、上述のように、この例では、街区出入り口ほど配電線３１５の潮流が大きくなることから、配電線３１５の公称断面積を、街区出入り口からの距離に応じて変化させることができる。すなわち、電力融通街区３１０の配電系統の構成機器の許容電流値は、電力融通街区３１０の連系点（街区出入り口）に近い位置にあるほど、大きくすることができる。配電線３１５のとしては、例えば、街区出入口側２４戸の幹線には、耐圧６００Ｖ、公称断面積６０ｍｍ２、許容電流値１９５Ａの地中埋設ケーブルが使われ、街区奥部の２６戸の幹線には耐圧６００Ｖ、公称断面積３８ｍｍ２、許容電流値１５０Ａの地中埋設ケーブルが使われる。

なお、この例では、電力融通街区３１０の連系点に近い位置にあるほど、発電設備出力が大きくなるように、住宅３１１−１〜３１１−Ｎを並べている。その他、電力融通街区３１０の連系点に近い位置にあるほど、需要家の住宅のピーク電力が大きくなるように、住宅３１１−１〜３１１−Ｎを並べても良い。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第５の実施形態に係る配電システム４０１を示している。図１１おいて、住宅４１１、共用蓄電池４１２、配電線４１３、柱上変圧器４１４、配電線４１５、引込み線４１６、引込み線４１７、電流センサ４１９、電流・電圧センサ４２０、太陽光発電設備４３１、家庭用蓄電池４３２は、第１の実施形態における、住宅１１、共用蓄電池１２、配電線１３、柱上変圧器１４、配電線１５、引込み線１６、引込み線１７、電流センサ１９、電流センサ２０、太陽光発電設備３１、家庭用蓄電池３２に対応する。

前述の第１の実施形態では、分散設置された全ての住宅１１の家庭用蓄電池３２及び共用蓄電池１２の充放電を電力管理サーバー１８の計算値で制御している。これに対して、この第５の実施形態では、住宅４１１及び共用蓄電池４１２は、全て、自立制御により、配電線４１５を流れる電流が所定値以内となるように、各蓄電池の充放電を制御している。本実施形態では、自立制御であるから、電力管理サーバー１８は不要となる。

図１２は、本発明の第５の実施形態に係る配電システム４０１におけるＨＥＭＳ管理部４３３及び家庭用蓄電池４３２のブロック図である。なお、共用蓄電池４１２の構成は、図９に示した構成と同様である。

図１２に示すように、ＨＥＭＳ管理部４３３は、情報取得部４４１と、計算部４４５と、制御値送信部４４４とを有している。

情報取得部４４１は、住宅４１１の近傍の配電線４１５に設けた電流センサ４１９から、配電線４１５の電流計測値を取得する。また、情報取得部４４１は、住宅４１１の発電電力量及び需要電力量を取得する。計算部４４５は、電流センサ４１９の電流検出値と住宅４１１の発電電力量及び需要電力量とから、配電線４１５を流れる電流が所定値以内となるように、当該住宅４１１の家庭用蓄電池４３２の充放電を制御している。

家庭用蓄電池４３２は、制御値受信部４５１と、充放電制御部４５２（蓄エネルギー制御部）と、蓄電池４５３とを有する。制御値受信部４５１は、制御値送信部４４４から送信された制御値を受信する。充放電制御部４５２は、制御値受信部４５１で受信した制御値（予測結果）に基いて、蓄電池４５３の充放電を制御する。蓄電池４５３は、リチウムイオンバッテリや鉛蓄電池からなる。

本実施形態では、住宅４１１及び共用蓄電池４１２は、自立制御により、配電線４１５を流れる電流が所定値以内となるように、各蓄電池の充放電を制御している。このような自立制御により、制御の遅れがなく、リアルタイムの処理が可能となる。

なお、配電システム１、１０１、２０１、３０１、４０１の全部または一部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、実行することにより各部の処理を行ってもよい。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ェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
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、その場合のサーバー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むものとする。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良く、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良い。

以上、本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変更等も含まれる。

１：配電システム，１１（１１−１〜１１−Ｎ）：住宅，１２（１２−１〜１１−Ｍ）：共用蓄電池，１５：配電線，１８：電力管理サーバー，１９,２０：電流センサ，３１：太陽光発電設備，３２：家庭用蓄電池，３３：ＨＥＭＳ管理部，４１：情報取得部，４２：情報送信部，４３：制御値受信部，４４：制御値送信部，５１：制御値受信部，５２：充放電制御部，５３：蓄電池，６１：情報取得部，６２：情報送信部，６３：制御値受信部，６４：充放電制御部，６５：蓄電池，７１：情報取得部，７２：計算部，７３：制御値送信部

Claims (14)

1. 複数の需要家の家屋等で電力融通街区を構成し、前記複数の需要家の家屋等の間において配電線によって接続され電力を配電する配電系統の潮流制御方法であって、
   蓄エネルギー機器が、前記電力融通街区内の前記配電線に接続されることで分散設置され、
   第１電流電圧センサが、前記需要家が接続された前記配電線において各需要家の近傍にそれぞれ設けられ、電流及び電圧を検出し、
   第２電流電圧センサが、前記蓄エネルギー機器が接続された前記配電線において各蓄エネルギー機器の近傍に設けられ、電流及び電圧を検出し、
   計算部が、前記電力融通街区内の個々の需要家の家屋等の発電量及び需要量を予測した予測結果と、前記第１電流電圧センサによって検出された電流及び電圧と、前記第２電流電圧センサによって検出された電流及び電圧とを基に、前記配電線の許容電流値を超えないようにかつ前記配電線において制限された電圧値を超えないように収めるのに必要な前記蓄エネルギー機器の制御量を求め、
   前記求められた制御量に基づいて、当該配電系統に分散設置された蓄エネルギー機器を制御する配電系統の潮流制御方法。
2. 前記需要家には太陽光発電設備が設けられており、
   前記計算部は、前記太陽光発電設備によって発電される発電電力量を前記需要家の家屋等の発電量として用いる
   請求項１に記載の配電系統の潮流制御方法。
3. 所定時間後の前記電力融通街区の配電系統の電力状態、又は、前記電力融通街区内の個々の需要家の家屋等の発電量及び需要量を予測し、その予測結果に応じて、当該所定時間後に前記配電系統に分散設置された個々の蓄エネルギー機器を制御する請求項１または請求項２に記載の配電系統の潮流制御方法。
4. 所定時間後の前記電力融通街区の配電系統の電力状態が所定の状態に収まるように、予め前記蓄エネルギー機器の蓄エネルギー量の調整を行なうようにした請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の配電系統の潮流制御方法。
5. 蓄エネルギー機器を電力融通街区内の需要家の家屋等に設置し、又は、複数の需要家の家屋等に対し共用の機器として設置し、又は、その両方であることを特徴とする請求項１に記載の配電系統の潮流制御方法。
6. 複数の需要家の家屋等に対し共用の機器として設置された蓄エネルギー機器が少なくとも無効電力を注入する請求項１に記載の配電系統の潮流制御方法。
7. 前記電力融通街区の配電系統の構成機器の許容電流値が、当該電力融通街区の連系点に近い位置にあるほど大きい請求項１乃至６の何れか１項に記載の配電系統の潮流制御方法。
8. 前記電力融通街区内の発電設備出力が、当該電力融通街区の連系点に近い位置にあるほど大きい請求項１乃至６の何れか１項に記載の配電系統の潮流制御方法。
9. 前記電力融通街区内の需要家の家屋等のピーク電力が、当該電力融通街区の連系点に近い位置にあるほど大きい請求項１乃至６の何れか１項に記載の配電系統の潮流制御方法。
10. 前記電力融通街区の配電系統が低圧系統のみで構成されている請求項１乃至９の何れか１項に記載の配電系統の潮流制御方法。
11. 複数の需要家の家屋等で電力融通街区を構成し、前記複数の需要家の家屋等の間において配電線によって接続される配電系統により電力を配電する配電システムであって、
    前記電力融通街区内の前記配電線に接続されることで分散設置された蓄エネルギー機器と、
    前記需要家が接続された前記配電線において各需要家の近傍に設けられる複数の第１電流電圧センサと、
    前記蓄エネルギー機器が接続された前記配電線において各蓄エネルギー機器の近傍に設けられる複数の第２電流電圧センサと、
    前記複数の第１電流電圧センサによって検出された電流及び電圧と、前記複数の第２電流電圧センサによって検出された電流及び電圧とを取得する情報取得部と、
    前記電力融通街区内の個々の需要家の家屋等の発電量及び需要量を予測した予測結果と、当該情報取得部で取得された情報とを基に、前記配電線の許容電流値を超えないようにかつ前記配電線において制限された電圧値を超えないように収めるのに必要な前記蓄エネルギー機器の制御量を求める計算部と、
    当該計算部で求められた制御量に基いて、前記分散設置された個々の蓄エネルギー機器を制御する蓄エネルギー制御部と
    を備えた配電システム。
12. 更に、前記電力融通街区内の電力を制御する電力管理サーバーを備え、
    前記計算部を電力管理サーバー内に設け、前記電力管理サーバーで、前記電力融通街区内に分散設置された蓄エネルギー機器を総合的に制御するようにした請求項１１に記載の配電システム。
13. 前記計算部を前記個々の需要家の家屋等内、又は、前記分散設置された個々の共用蓄エネルギー機器内に設け、当該個々の需要家の家屋等内で、又は、当該分散設置された個々の共用蓄エネルギー機器内で、蓄エネルギー機器を自立的に制御するようにした請求項１１に記載の配電システム。
14. 前記情報取得部は、更に、前記電力融通街区内の個々の需要家の家屋等の発電電力量や需要電力量の情報を取得するようにした請求項１１乃至１３の何れか１項に記載の配電システム。

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