JP6960314B2 - 電力管理システム - Google Patents

Description

本発明は、電力管理システムに関する。

近年、太陽光や風力を活用した再生可能エネルギー発電装置が分散して設置される事例が増加している。また、家、ビル、工場等の需要家へリチウムイオン電池、鉛電池、ＮＡＳ電池、レドックスフロー電池等の電池や、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタからなる蓄電装置を設置し、電力を効率良く利用する方法が提案されている。これらの発電装置および蓄電装置は、通常電力変換装置を介して商用電力系統と接続され、売電や買電がなされている。

このような状況の中で、再生可能エネルギーの導入拡大に伴い、電力系統の電圧変動や周波数変動に対する安定化が課題となっている。再生可能ネルギー発電の出力変動抑制、ピークカット、非常用電源を目的として、エネルギー貯蔵システムが導入されている。エネルギー貯蔵システムとしては、例えば、蓄電装置を充放電させることによる電力消費を調整する方法が知られている。

また、鉄道分野では、鉄道車両の減速時等に生じる回生電力を有効利用するための電力システムが検討されている。特許文献１には、回生電力の有効利用のために、鉄道の減速時に生じる回生電力をき電回路に接続された蓄電池に充電する電気鉄道用電力システムが開示されている。

特開２０１１−５６９９６号公報

従来のエネルギー貯蔵システムでは、蓄電装置が、商用電力系統のみを介して再生エネルギー発電と接続されているため、稼働率が低く有効活用が困難であった。

また、特許文献１に開示された鉄道用電力システムは、鉄道事業者が、必要な容量および出力の蓄電装置を設置し、その蓄電装置をき電回路に接続して、運用を行うものである。したがって、エネルギー貯蔵システムが、回生電力の有効利用という用途のみに利用されている。需要家のエネルギー貯蔵システムが、一つの電力系統にのみ接続している場合は、その電力系統が停電した時に電力提供が受けられない虞がある。また、既設のエネルギー貯蔵システムのさらなる稼働率の向上が期待されている。

そこで、本発明では信頼性の高い電力管理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に、本発明に係る電力管理システムは、電力供給設備に配置される電力供給部と、電動車両に接する架線に電力を供給する第１電線と、電力供給部から供給される電力を第１電線に供給可能とする第１電力変換部と、電力消費設備に配置される負荷と、負荷に電力を供給する第２電線と、負荷の消費電力を算出する算出部と、第１電線と電力消費設備とを接続し、一方向又は双方向に電力を供給可能とする第２電力変換部と、算出部が算出した負荷の消費電力と、電力供給部の電力供給可能量に基づいて、第１電力変換部を制御し第１電線への電力供給を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、信頼性の高い電力管理システムを提供することを目的とする。

実施例１に係る電力管理システムの構成図である。 実施例２に係る電力管理システムの構成図である。 実施例３に係る電力管理システムの構成図である。 実施例４に係る電力管理システムの構成図である。 実施例５に係る電力管理システムの構成図である。 実施例５に係る制御例を示すフローチャートである。 実施例６に係る電力管理システムの構成図である。

従来の電力管理システムの構成では、太陽光発電電力が商用電力系統のキャパシティを超えるような場合に、商用電力系統を介して接続された蓄電装置は、太陽光発電電力を一旦蓄積し、後に商用電力系統へ共有するような活用方法は困難であった。また、従来の送電網の構成では、余剰の太陽光発電電力を電力需要家に直接送電することは困難であった。

そこで、発明者らは、電力提供経路発電装置、蓄電装置、電力需要に既設の電力線を利用して電力を融通できる電力管理システムを見出した。本発明の一実施形態に係る電力管理システムは、負荷の消費電力が増大した場合にも、電力供給部からの電力供給によりブレーカー等の機構が作動し、電力消費が妨げられることのない信頼性の高い電力供給網が構築できる。また、商用電力系統から負荷への電力供給が停電等により途絶えた場合にも電力供給が受けられる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図７を用いて説明する。

図１は、実施例１に係る電力管理システムの構成図である。電力管理システムは、
電力供給設備１００と、電力消費設備２００と、電力供給設備から電力消費設備に電力を送電する第１電線３０１と、電力消費設備へ電力を供給可能な第２電線３０２と、を備える。

第１電線３０１は、電動車両に接する架線に電力を供給する電線（き電線）である。図示しない部分で第２電線および／または発電設備から電力の供給を受け電動車両へ供給する。

第２電線３０２は、いわゆる電力会社（電力供給事業者）が運営する送配電網による系統を利用する場合と、地域に送配電する事業者が用意した専用の系統とする場合とのいずれでもよい。

実施例１では、電力供給設備及び電力消費設備が個別のサイトである例を説明する。

電力供給設備は、電力供給部１０１と、電力供給部から供給される電力を第１電線に供給可能とする第１電力変換部１０２と、第１電力変換部を制御する制御部１０３と、を備える。電力消費設備は、負荷２０１と、第１電線と電力消費設備とを接続し、一方向又は双方に電力を供給可能とする第２電力変換部２０２と、負荷の消費電力を算出する算出部２０３とを備える。

電力供給部１０１は電力供給可能な装置と、電力の供給可能量に関する情報を出力する出力装置と、を備える。電力供給可能な装置としては、電力を供給可能であれば特に限定されない。具体的には、太陽光や風力はどの再生エネルギー発電システム、蓄電システム、発電装置を挙げることができる。また、第２電線が電力供給設備を兼ねていていも良い。

第１電力変換部１０２は電力供給部から供給される電力を適切に第１電線へ供給する。第２電力変換部２０２は、第１電線から供給される電力を負荷が使用する状態に変換する。また、第２電線から供給される電力を第１電線が使用可能な状態に変換する。ここで、電力供給部および電力変換部が供給する電力は、直流であっても、単相交流であっても３相交流であっても良く、電圧や周波数も設備に応じて設定できる。

負荷２０１としては、各建物が備える空調設備や照明設備など、電力を消費する様々な機器が含まれる。負荷は建物が備える受電設備(図示しない)を通じて第２電線から電力供給を受けることができる。

算出部は、図示しないセンサ等を用いて負荷の消費電力を実測するか、複数のセンサによる計測結果や受電設備および第２電力変換部で測定された電力情報から推定するなどして、負荷の消費電力を算出する。例えば、算出部により送信された負荷の消費電力が、あらかじめ想定された第２電線からの電力供給量を超えるような場合に、不足する電力を電力供給設備から補う必要がある。そのため、算出部は、算出した負荷の消費電力に関する情報（以下、電力利用希望量情報という。）を制御部に送信する。消費電力に関する情報とは、例えば、負荷の消費電力そのものでもよいし、電力利用希望量であってもよい。なお、算出部は、負荷の消費電力があらかじめ設定された電力量を超える場合に、制御部１０３に負荷の消費電力に関する情報を送信するようにしてもよい。

制御部１０３は、算出部が算出した負荷の消費電力に関する情報と、電力供給部の電力供給可能量に基づいて、第１電力変換部を制御し、第１電線への電力供給を制御する。制御部は第２電力変換部から負荷の消費電力に関する情報を取得するとともに、電力供給部から電力供給可能量に関する情報を取得する。電力供給可能量情報は、たとえば風況および／または日照量から算出可能である。

制御部は、電力利用希望量情報と電力供給可能量情報とを比較し、電力供給可能量が電力利用希望量以上であれば提供を決定し、第１電力変換部を制御する。このとき、制御部は、第１電力変換部の変換ロスや、第１電線での送電ロスを考慮して提供可否を決定するとなお好ましい。そのためには、負荷の設置されている所在情報や、第２電力変換部の変換効率等の情報が入手可能であるとロスが正確に算出可能なためなお好ましい。電力供給可能量が電力利用希望量未満である場合には提供しないか一部提供することを決定し、電力変換部を制御する。決定結果は、負荷での予期せぬ電力不足を発生させないため、算出部に提供されるのが好ましい。

実施例１に係る電力管理システムは、電力消費設備、電力供給設備の各サイトがき電線にも接続しているために、電力提供経路を複数化することができる。また、き電線を用いてサイト間の電力を融通できるため、サイト全体の消費電力を最適化することができる。さらに電力供給設備からもき電線に電力を供給することができるため、鉄道運行システムの停電を抑制することができる。その結果、鉄道運行システムの信頼性も向上できる。

以下では、実施例１と同様の構成については説明を省略する。

図２は実施例２に係る電力管理システムの構成図を示す。実施例２は電力供給設備を複数備える。電力管理システムは、第１電力供給設備１００と、電力消費設備２００と、第２電力供給設備４００と、統括制御部５００と、電力供給設備から電力消費設備に電力を送電する第１電線３０１と、電力消費設備へ電力を供給する第２電線３０２と、を備える。

第１電力供給設備及び第２電力供給設備は実施例１に係る電力供給設備と同様の構成である。第１電力供給設備は、第１電力供給部１０１と、第１電力供給部から供給された電力を第１電線に供給可能な状態にし、適切に供給する第１電力変換部１０２、第１の電力変換部を制御する第１制御部１０３と、を備える。第２電力供給設備は、第２電力供給部４０１、第２電力供給部から供給された電力を第１電線に供給可能な状態とし、適切に第１電線に供給する第３電力変換部４０２、第３電力変換部を制御する第２制御部４０３と、を備える。第１電力供給部及び第２電力供給部は、電力供給可能量情報を統括制御部５００に送信する。

電力消費設備は実施例１に係る電力消費設備と同様に、負荷２０１と、負荷の消費電力を算出する算出部２０３と、電力消費設備と第１電線とを接続し、一方又は双方に電力を供給可能な状態に変換する第２電力変換部２０２と、を備える。

算出部２０３は、実施例１と同様に負荷の消費電力に関する情報（電力利用希望量情報）を統括制御部に送信する。

統括制御部は、第１電力供給部の電力供給可能量情報、第２電力供給部の電力供給可能量情報、電力利用希望量情報と、に基づき、第１制御部、第２制御部を制御し、第１電力供設備又は第２電力供給設備から第１電線を介して電力消費設備に電力を供給する。具体的には、統括制御部は電力利用希望量以上の電力供給可能量を確保できるように第１制御部１０３および第２制御部４０３へ電力供給指令を送信する。このとき、電力供給可能量情報に加えて、各電力供給設備から電力消費設備への送電経路を考慮し、近いサイトからの供給を優先すると送電ロスが少なくなり好ましい。電力供給設備が複数ある場合には、必要な電力供給可能量が確保しやすくなる。

実施例２では電力供給設備を複数備える電力管理システムについて説明したが、電力管理システムは電力消費設備を複数備えていても良い。負荷が複数ある場合には、複数の電力利用希望量情報を積算することで、電力供給可能量へ近づけることが可能となり、再生可能エネルギー発電量を増加させることができる。そのため、二酸化炭素排出量削減等へ貢献可能となる。

複数の電力供給設備又は複数の負荷を備える電力管理システムの場合は、電力供給設備及び負荷の互いの位置情報に基づき、送電経路を考慮して電力供給を決定することがさらに好ましい。

図３に実施例３に係る電力管理システムの構成図を示す。実施例３に係る電力管理システムは、電力供給部１０１と第２電線３０２が不図示の電力変換装置を介して接続されている。電力変換部１０１は、第２電線３０２から電力を受電し、受電した電力の少なくとも一部を前記第１電線に供給する。実施例３は、電力供給部が再生可能エネルギー発電であって、固定価格買取制度等を利用して売電している場合に相当する。このとき、第２電線網中で再生可能エネルギー発電量が過剰となると系統が不安定化する虞が生じるため、再生エネルギー発電を抑制するよう発電出力抑制指示がかかる場合が有る。発電出力抑制指示が例えば第２電線への電力供給量を指示値以下とする内容であった場合は、電力供給可能量情報と前記指示値の差を電力変換部１０２を通じて第１電線３０１へ供給することで再生可能エネルギー発電の発電力を最大化でき、二酸化炭素排出量削減等へ貢献可能となる。

実施例３に係る電力管理システムは、実施例２のように電力供給設備又は負荷を複数備えていてもよい。第２電線が停電等により電力供給部からの電力供給を受けられない場合にも、実施例３においては第１電線を利用することで再生可能エネルギー発電を継続することができるため好ましい。さらに、負荷２０１は第１電線を介した電力供給を非常用電源として活用できる。

実施例４では、電力供給部１０１が蓄電システムである場合を説明する。蓄電システムに用いられる蓄電装置としては、リチウムイオン電池、鉛電池、ＮＡＳ電池、レドックスフロー電池等の電池や、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどのキャパシタ、或いは揚水発電による蓄電装置等を適用することができる。

図４に実施例４に係る電力管理システムの構成図を示す。蓄電システムである電力供給部１０１は、電力供給可能量情報に加えて、蓄電装置に貯蔵されているエネルギー量から供給可能な電力量を表す電力量供給可能量情報を、制御部１０３に送信することが可能である。負荷の電力消費の動向から、電力の利用希望が継続すると予測される場合に、天候等の変化の影響を受けることなく、確実に電力供給を継続することができる。

実施例４では、蓄電システムが、第１電線を介して電動車両及び電力消費設備の両方に電力を供給可能であるため、蓄電システムの稼働率が向上し、蓄電システムの有効活用が可能となる。

図５に実施例５に係る電力管理システムの構成図を示す。実施例５では、実施例４に係る電力管理システムに、さらに蓄電池ステムの劣化を診断する劣化診断部１０４を追加した構成である。劣化診断部１０４は、例えば、蓄電システムの電圧、電流、温度、充電状態などの情報を、制御部１０３を介して収集し、その収集した情報から劣化状態を診断する。劣化診断結果は、制御部へ送信され電力変換部の制御に活用される。

図６に劣化診断部における処理の流れの一例を示すフローチャートを示す。劣化診断部１０４は、各設備が備える蓄電システムの充放電挙動を確認する（ステップＳ３１）。このとき、劣化診断部は、例えば蓄電部の電圧、電流、温度、充電状態などの、劣化診断に必要な情報を取得する。劣化診断部は劣化診断に適した充放電パターンを指示しても良い。そのように指示することで劣化診断の精度を向上させることができる。

ステップＳ３１で確認した情報に基づいて、劣化診断部が劣化の有無を判断する（ステップＳ３２）。劣化がないと判断したときには（ステップＳ３２のＹＥＳ）、劣化診断部２４はステップＳ３１の確認処理に戻る。

ステップＳ３２で、劣化したと判断したときには（ステップＳ３２のＮＯ）、劣化診断部２４は、該当する蓄電部の充電電力と放電電力の最大値を劣化状態に基づいて制限し（ステップＳ３３）。ステップＳ３１の確認処理に戻る。

ステップＳ３３で劣化した蓄電部の制限処理を行ったときには、劣化診断部は、その劣化した蓄電システムの劣化状態表示部(不図示)に劣化状態の情報を送っても良い(ステップＳ３４）。この劣化状態表示部での劣化状態の表示としては、例えば容量が劣化によりどの程度低下しているかを表示する。また、劣化診断部での診断結果に基づいて、電力供給可能量および/または電力量供給可能量を制限するようにしてもよい。

実施例６では、電力供給部１０１が、再生可能エネルギー発電や蓄電システムを含まず、第２電線からの電力供給機能を電力供給部として活用する場合である。このとき、電力供給部は第２電線から供給可能な電力と、電力供給設備１００の内部での消費電力の差を電力供給可能量とする。このような構成によれば、図示しない部分で第２電線および／または発電設備から電力の供給を受ける機構が故障した場合にも第２電線から第１電線へ電力供給が可能になるため、第１電線の電力供給の信頼性を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態例で説明したシステム構成は一例を示したものであり、本発明は各図に示す構成に限定されるものではない。例えば、図に示すシステム構成は、一例であり、電力供給設備や電力消費設備の数は、図に示す例に限定されない。

１００…電力供給設備、１０１…電力供給部、１０２…第１電力変換部、１０３…制御部、１０４…劣化診断部、２００…電力消費設備、２０１…負荷、２０２…第２電力変換部、２０３…算出部、３０１…第１電線、３０２…第２電線、４００…第２電力供給設備、４０１…第２電力供給部、４０２…第３電力変換部、４０３…第２制御部、５００…統括制御部

Claims (6)

1. 電力供給設備に配置される電力供給部と、
   電動車両に接する架線に電力を供給する第１電線と、
   前記電力供給設備に配置され、前記電力供給部から供給される電力を前記第１電線に供給可能とする第１電力変換部と、
   電力消費設備に配置される負荷と、
   前記負荷に電力を供給する第２電線と、
   前記負荷の消費電力を算出する算出部と、
   前記第１電線と前記電力消費設備とを接続し、一方向又は双方向に電力を供給可能とする第２電力変換部と、
   前記算出部が算出した前記負荷の消費電力と、前記電力供給部の電力供給可能量に基づいて、前記第１電力変換部を制御し、前記第１電線への電力供給を制御する制御部と、を備え、
   前記電力供給部は、再生エネルギー発電システム、蓄電池システム、又は前記第２電線を備えることを特徴とする電力管理システム。
2. 請求項１に記載の電力管理システムであって、
   前記算出部は、前記負荷の消費電力を実測するか、又は複数のセンサによる計測結果から前記負荷の消費電力を推定することを特徴とする電力管理システム。
3. 請求項１又は２に記載の電力管理システムであって、
   前記電力供給設備及び前記電力消費設備の少なくともいずれかを複数備えることを特徴とする電力管理システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力管理システムであって、
   前記電力供給部と前記第２電線は第２電力変換部を介して接続され、
   前記電力供給部は、前記第２電線から電力を受電し、受電した電力の少なくとも一部を前記第１電線に供給することを特徴とする電力管理システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力管理システムであって、
   前記電力供給部は蓄電システムであって、電力供給可能量と電力量供給可能量を前記制御部に送信し、
   前記制御部は、前記算出部が算出した前記負荷の消費電力と、前記電力供給可能量及び前記電力量供給可能量に基づいて前記第１電力変換部を制御することを特徴とする電力管理システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力管理システムであって、
   前記電力供給部は蓄電システムであって、
   前記蓄電システムの劣化を診断する劣化診断部をさらに備えることを特徴とする電力管理システム。

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