JP7226581B2 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
近年、様々な電源からの電力を統合及び制御して、あたかも1つの発電所のように機能させるバーチャルパワープラント(VPP:Virtual Power Plant)と呼ばれる仕組みが知られている。バーチャルパワープラントは、例えば、太陽光発電や風力発電、水力発電、火力発電、原子力発電等の様々な電源からの電力を統合及び制御し、これらの電源からの電力を蓄電池に蓄えておくことが可能である。
また、電力を需要する需要家(例えば、工場や一般家庭等)の電力需要を制御するデマンドレスポンス(DR:Demand Response)と呼ばれる仕組みも知られている(例えば、非特許文献1参照)。
"デマンドレスポンス", [online], インターネット<URL:https://www.ngk.co.jp/product/nas/application/feature06/>
ところで、近年では環境負荷低減に対する意識の高まりから、太陽光発電や風力発電、水力発電等の再生可能エネルギーの需要が高まってきている。このため、例えば、電力供給をバーチャルパワープラントに要求する際に、その電力の電源(例えば、太陽光発電や風力発電、水力発電等)も指定されることが想定される。
しかしながら、複数の電源からの電力が蓄電池に一旦蓄えられた後は、電源毎に電力を分離することはできない。このため、或る特定の電源からの電力供給が要求された場合に、この要求を満たす電力が供給可能であるか否かは不明である。
本発明の実施形態は、上記の点に鑑みてなされたもので、電源毎に供給可能な電力量を管理することを目的とする。
上記目的を達成するため、本実施形態に係る制御装置は、供給を要求する電力量と前記電力量の電源又は前記電源の種類とが指定されたリクエストを受信すると、蓄電池に蓄電されている蓄電量を電源毎又は前記電源の種類毎に管理するテーブルを参照して、前記リクエストに指定されている前記電源又は前記電源の種類と前記電力量とを満たす電力の供給が可能であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記電力の供給が可能であると判定された場合、前記リクエストに指定されている電力量を前記蓄電池から放電させる制御手段と、を有することを特徴とする。
電源毎に供給可能な電力量を管理することができる。
本実施形態に係る制御装置の全体構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る蓄電池の構成の一例を示す図である。 電力量管理テーブルの一例を示す図である。 本実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る電力充電処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る電力供給制御処理の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、複数の電源からの電力が蓄電される蓄電池を備えるバーチャルパワープラントにおいて、電源毎に供給可能な電力量を管理し、その供給を制御することが可能な制御装置10について説明する。
<制御装置10の全体構成>
まず、本実施形態に係る制御装置10の全体構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る制御装置10の全体構成の一例を示す図である。
図1に示すように、本実施形態に係る制御装置10は、複数の電源と接続され、これら複数の電源からの電力を蓄電する蓄電池201を有するコンピュータ又はコンピュータシステムである。本実施形態では、電源の数をN(ただし、Nは2以上の整数)として、「電源1」、「電源2」、・・・、「電源N」とする。なお、電源には、例えば、太陽光発電、風力発電、水力発電、火力発電、原子力発電等の様々な種類がある。
また、本実施形態に係る制御装置10は、必要な電力を要求するためのリクエストをサーバ20から受信したことに応じて、蓄電池201に蓄電されている電力を供給する。このリクエストには、例えば、必要な電力の量(要求電力量)と、その電力の電源(要求電源)とが少なくとも指定されている。具体的には、例えば、要求電力量「○○kW」、要求電源「電源1」等がリクエストに指定されている。ただし、これは一例であって、リクエストには、要求電源の代わりに、要求電源の種類(要求電源種類)が指定されていてもよい。また、リクエストには、例えば、要求電力量が必要な時期(要求時期)が指定されていてもよい。なお、要求電源種類としては、例えば、太陽光発電や風力発電、水力発電等の再生可能エネルギーを要求電源とする「再エネ」、火力発電や原子力発電等を要求電源とする「系統」等が挙げられる。
なお、このようなリクエストは、例えば、電力会社や電力市場等からのデマンドレスポンスに相当する。
ここで、本実施形態に係る制御装置10は、通信部101と、蓄電池制御部102と、電力量管理部103と、記憶部104とを有する。
記憶部104は、蓄電池201に蓄電されている電力量を電源毎に管理する電力量管理テーブル1000を記憶する。電力量管理テーブル1000の詳細な構成については後述する。
通信部101は、通信ネットワーク(例えば、LAN(Local Area Network)、携帯電話網、インターネット等)を介して、リクエストをサーバ20から受信する。
蓄電池制御部102は、通信部101によりリクエストが受信された場合、電力量管理部103によって取得された電力量管理テーブル1000を参照して、当該リクエストに指定されている要求電力量及び要求電源を満たす電力供給が可能であるか否かを判定する。そして、電力供給が可能であると判定した場合、蓄電池制御部102は、蓄電池201を制御して、要求電力量を送配電網に出力(放電)する。
電力量管理部103は、記憶部104に記憶されている電力量管理テーブル1000を取得したり、蓄電池201への充電や蓄電池201からの放電に応じて電力量管理テーブル1000を更新したりする。
≪蓄電池201の構成≫
ここで、本実施形態に係る蓄電池201の構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本実施形態に係る蓄電池201の構成の一例を示す図である。
図2に示すように、本実施形態に係る蓄電池201は、蓄電部211と、複数の電力計212と、電力計213とを有する。
蓄電部211は、電源1~電源Nの各々から入力された電力を蓄電する。また、蓄電部211は、蓄電池制御部102の制御に従って送配電網に放電する。
電力計212は、当該電力計212に対応する電源から入力された電力の電力量(つまり、充電量)を測定し、測定した電力量を示す電力量情報を電力量管理部103に送信する。図2に示す例では、n=1,2,・・・,Nとして、電源nから入力された電力の電力量を測定する電力計212を「電力計212」で表している。
電力計213は、送配電網に出力された電力の電力量(つまり、放電量)を測定し、測定した電力量を示す電力量情報を電力量管理部103に送信する。
なお、電力量管理部103は、電力計212や電力計213から電力量情報を受信することで、この電力量情報を用いて電力量管理テーブル1000を更新することができる。
≪電力量管理テーブル1000の構成≫
次に、記憶部104に記憶されている電力量管理テーブル1000について、図3を参照しながら説明する。図3は、電力量管理テーブル1000の一例を示す図である。
図3に示すように、電力量管理テーブル1000にはN件のレコードが格納されており、各レコードには電源IDと電力量と割合とが含まれる。
電源IDは、電源を識別する識別情報である。電力量は、蓄電池201(より正確には蓄電部211)に蓄電されている全電力量のうち、当該電源IDの電源からの電力によって蓄電された電力量である。割合は、蓄電池201(より正確には蓄電部211)に蓄電されている全電力量のうち、当該電源IDの電源からの電力によって蓄電された電力量の割合(百分率)である。
例えば、図3に示す例の1件目のレコードには、電源ID「1」と電力量「a」と割合「b」とが含まれている。これは、電源ID「1」の電源からの電力によって蓄電された電力量はaであり、その割合はbであることを示している。
同様に、例えば、2件目のレコードには、電源ID「2」と電力量「a」と割合「b」とが含まれている。これは、電源ID「1」の電源からの電力によって蓄電された電力量はaであり、その割合はbであることを示している。
したがって、図3に示す例では、蓄電池201に蓄電されている全電力量はa+a+・・・+aで表される。また、b+b+・・・+b=100である。ただし、各a(n=1,・・・,N)は0以上の実数、各b(n=1,・・・,N)は0以上100以下の実数である。以降では、簡単のため、電源n(n=1,・・・,N)の電源IDを「n」とする。
このように、電力量管理テーブル1000では、電源毎に、当該電源からの電力によって蓄電された電力量とその割合とが管理されている。
なお、例えば、各レコードには、当該電源IDの電源の種類(電源種類)が含まれていてもよい。具体的には、例えば、当該電源IDの電源が太陽光発電や風力発電、水力発電等である場合には電源種類「再エネ」が該当のレコードに含まれ、当該電源IDの電源が火力発電や原子力発電等である場合には電源種類「系統」が該当のレコードに含まれていてもよい。
また、図3に示す例では、電源1~電源Nにそれぞれ対応するN件のレコードが電力量管理テーブル1000に格納されているが、更に、蓄電池201に蓄電されている全電力量を表すレコードが格納されていてもよいし、蓄電池201に蓄電されている電力量を電源種類毎に合算した電力量を表すレコードが格納されていてもよい。
<制御装置10のハードウェア構成>
次に、本実施形態に係る制御装置10のハードウェア構成について、図4を参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る制御装置10のハードウェア構成の一例を示す図である。
図4に示すように、本実施形態に係る制御装置10は、蓄電池201と、入力装置202と、表示装置203と、外部I/F204と、通信I/F205と、電力I/F206と、メモリ装置207と、プロセッサ208とを有する。これら各ハードウェアは、バス209により相互に通信可能に接続されている。
蓄電池201は、電力を蓄えることが可能な電池である。なお、上述したように、蓄電池201には、電力を蓄える蓄電部211と、各電源から入力された電力の電力量をそれぞれ測定する電力計212と、送配電網に出力された電力の電力量を測定する電力計213とが含まれる。
入力装置202は、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル、各種操作ボタン等である。表示装置203は、例えば、ディスプレイ等である。なお、制御装置10は、入力装置202及び表示装置203のうちの少なくとも一方を有していなくてもよい。
外部I/F204は、記録媒体204a等の外部装置とのインタフェースである。記録媒体204aとしては、例えば、CD、DVD、SDメモリカード、USBメモリ等が挙げられる。
通信I/F205は、制御装置10を通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。電力I/F206は、制御装置10を送配電網に接続するためのインタフェースである。
メモリ装置207は、例えば、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の各種記憶装置である。記憶部104は、例えば、メモリ装置207を用いて実現可能である。ただし、記憶部104は、例えば、制御装置10と通信ネットワークを介して接続される記憶装置やデータベースサーバ等により実現されていてもよい。
プロセッサ208は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の各種演算装置である。制御装置10が有する各機能部(例えば、通信部101、蓄電池制御部102及び電力量管理部103等)は、例えば、メモリ装置207に格納された1以上のプログラムがプロセッサ208に実行させる処理により実現される。
本実施形態に係る制御装置10は、図4に示すハードウェア構成を有することにより、後述する電力充電処理及び電力供給制御処理を実現することができる。なお、図4に示すハードウェア構成は一例であって、制御装置10は、他のハードウェア構成を有していてもよい。例えば、本実施形態に係る制御装置10は、複数のメモリ装置207を有していてもよいし、複数のプロセッサ208を有していてもよい。
<電力充電処理>
次に、各電源から入力された電力を蓄電池201に蓄電する電力充電処理について、図5を参照しながら説明する。図5は、本実施形態に係る電力充電処理の一例を示すフローチャートである。以降では、電源1~電源Nのうちの少なくとも1つの電源から電力が蓄電池201に入力されたものとする。
まず、電力量管理部103は、電力計212からの電力量情報を受信する(ステップS101)。この電力量情報には、電力計212で測定された電力量(つまり、充電量)と、当該電力計212を識別する識別情報(電力計ID)とが含まれる。
次に、電力量管理部103は、上記のステップS101で受信した電力量情報を用いて、記憶部104に記憶されている電力量管理テーブル1000を更新する(ステップS102)。電力量管理部103は、例えば、以下のStep11~Step12により電力量管理テーブル1000を更新することができる。
Step11:まず、電力量管理部103は、電力量情報に含まれる電力計IDの電力計213で電力が測定される電源の電源IDを特定した上で、特定した電源IDが含まれるレコードの電力量に対して、当該電力量情報に含まれる電力量を加算する。これにより、当該レコードの電力量が更新される。なお、電力量管理部103は、例えば、電力計IDと電源IDとが対応付けられたテーブル等を参照することで、電力量情報に含まれる電力計IDの電力計213で電力が測定される電源の電源IDを特定すればよい。
ここで、電力量管理部103が複数の電力量情報を受信した場合、電力量情報毎に、上記のStep11が繰り返される。これにより、複数のレコードの電力量が更新される。
Step12:次に、電力量管理部103は、上記のStep11で電力量が更新された後の全レコードの電力量を用いて、各レコードの割合を再計算する。これにより、全レコードの割合が更新される。
以上のように、本実施形態に係る制御装置10は、各電源からの電力で蓄電池201が充電される度に(つまり、電力計212からの電力量情報を電力量管理部103が受信する度に)、電力量管理テーブル1000を更新する。これにより、本実施形態に係る制御装置10では、蓄電池201に蓄電されている電力量のうち、電源毎に供給可能な電力量を管理することが可能となる。
<電力供給制御処理>
次に、サーバ20からのリクエストに応じて電力の供給を制御する電力供給制御処理について、図6を参照しながら説明する。図6は、本実施形態に係る電力供給制御処理の一例を示すフローチャートである。
まず、通信部101は、通信ネットワークを介して、リクエストをサーバ20から受信する(ステップS201)。ここで、リクエストには、要求電力量と、要求電源とが少なくとも含まれる。なお、上述したように、リクエストには、要求電源の代わりに、要求電源種類(例えば、「再エネ」又は「系統」のいずれか等)が含まれていてもよい。
次に、電力量管理部103は、記憶部104に記憶されている電力量管理テーブル1000を取得(つまり、電力量管理テーブル1000の読み出しを)する(ステップS202)。
次に、蓄電池制御部102は、上記のステップS202で取得された電力量管理テーブル1000を参照して、上記のステップS201で取得されたリクエストに含まれる要求電力量及び要求電源を満たす電力供給が可能であるか否かを判定する(ステップS203)。電力量管理部103は、例えば、以下のStep21~Step22により電力供給が可能であるか否かを判定することができる。
Step21:まず、蓄電池制御部102は、電力量管理テーブル1000に格納されているレコードのうち、要求電源に対応する電源IDが含まれるレコードを特定する。
Step22:次に、蓄電池制御部102は、上記のStep21で特定したレコードに含まれる電力量が要求電力量以上であるか否かを確認する。そして、蓄電池制御部102は、当該電力量が要求電力量以上である場合には電力供給が可能であると判定し、そうでない場合には電力供給が可能でないと判定する。
なお、要求電源の代わりに要求電源種類がリクエストに含まれている場合は、以下のStep21´~Step22´により電力供給が可能であるか否かを判定することができる。ただし、この場合、電力量管理テーブル1000に格納されている各レコードには電源種類が含まれているものとする。
Step21´:まず、蓄電池制御部102は、電力量管理テーブル1000に格納されているレコードのうち、要求電源種類に対応する電源種類が含まれるレコードを特定する。なお、この場合、1つ以上のレコードが特定される。
Step22´:次に、蓄電池制御部102は、上記のStep21´で特定した各レコードにそれぞれ含まれる電力量の合計が要求電力量以上であるか否かを確認する。そして、蓄電池制御部102は、当該電力の合計が要求電力量以上である場合には電力供給が可能であると判定し、そうでない場合には電力供給が可能でないと判定する。
上記のステップS203で電力供給が可能であると判定された場合、蓄電池制御部102は、蓄電池201を制御して、要求電力量を送配電網に出力(放電)する(ステップS204)。これにより、サーバ20により要求された電力量が供給される。なお、蓄電池制御部102は、例えば、要求電力量を指定した放電指示を蓄電池201に送信することで、当該蓄電池201から要求電力量を放電させることができる。
次に、電力量管理部103は、電力計213からの電力量情報を受信する(ステップS205)。この電力量情報には、電力計213で測定された電力量(つまり、上記のステップS204で放電された放電量)と、当該電力計213を識別する識別情報(電力計ID)とが含まれる。
次に、電力量管理部103は、上記のステップS205で受信した電力量情報と、上記のステップS201で受信されたリクエストとを用いて、記憶部104に記憶されている電力量管理テーブル1000を更新する(ステップS206)。電力量管理部103は、例えば、以下のStep31~Step33により電力量管理テーブル1000を更新することができる。
Step31:まず、電力量管理部103は、電力量管理テーブル1000に格納されているレコードのうち、当該リクエストに含まれる要求電源に対応する電源IDが含まれるレコードを特定する。なお、このレコードは、上記のStep21で特定されたレコードと同一である。
Step32:次に、電力量管理部103は、上記のStep31で特定したレコードに含まれる電力量から、当該電力量情報に含まれる電力量(つまり、上記のステップS204で放電された放電量)を減算する。
Step33:そして、電力量管理部103は、上記のStep32で電力量が更新された後の全レコードの電力量を用いて、各レコードの割合を再計算する。これにより、全レコードの割合が更新される。
なお、要求電源の代わりに要求電源種類がリクエストに含まれている場合は、以下のStep31´~Step33´により電力量管理テーブル1000を更新することができる。ただし、この場合、電力量管理テーブル1000に格納されている各レコードには電源種類が含まれているものとする。
Step31´:まず、電力量管理部103は、電力量管理テーブル1000に格納されているレコードのうち、当該リクエストに含まれる要求電源種類に対応する電源種類が含まれるレコードを特定する。なお、このレコードは、上記のStep21´で特定されたレコードと同一である。
Step32´:次に、電力量管理部103は、上記のStep31´で特定した各レコードにそれぞれ含まれる電力量の合計が、当該電力量情報に含まれる電力量を減算した値となるように、これらの各レコードにそれぞれ含まれる電力量を更新する。
例えば、上記のStep31´で特定したレコードの数を3、これらの各レコードにそれぞれ含まれる電力量をa,a,a、当該電力量情報に含まれる電力量をcとした場合、更新前の電力量の合計はa+a+aである。このとき、電力量管理部103は、更新後の電力量の合計がa+a+a-cとなるように、上記のStep31´で特定した各レコードにそれぞれ含まれる電力量a,a,aを更新する。具体的には、電力量管理部103は、0≦c≦a、0≦c≦a、0≦c≦a、c+c+c=cとして、aをa-c、aをa-c、aをa-cに更新すればよい。なお、一例として、c=c=c=c/3とすることが考えられる。
Step33´:そして、電力量管理部103は、上記のStep32´で電力量が更新された後の全レコードの電力量を用いて、各レコードの割合を再計算する。これにより、全レコードの割合が更新される。
一方、上記のステップS203で電力供給が可能であると判定されなかった場合、通信部101は、電力供給ができないことを示す応答をサーバ20に送信する(ステップS207)。ただし、これに限られず、例えば、蓄電池制御部102により蓄電池201を制御して、要求電源(又は要求電源種類)に関して供給可能な範囲の電力量を送配電網に出力(放電)させると共に、要求電力量には満たないが供給可能な範囲の電力量を供給する旨の応答を通信部101によりサーバ20に送信してもよい。
以上のように、本実施形態に係る制御装置10は、サーバ20からのリクエストに含まれる要求電力量と要求電源(又は要求電源種類)とを満たす電力供給が可能か否かを判定し、この判定結果に応じて電力供給を行うことができる。このため、例えば、需要家が或る特定の電源を由来とする電力の供給のみを要求するような場合や或る特定の電源種類の電源を由来とする電力の供給のみを要求するような場合であっても、本実施形態に係る制御装置10は、これらの要求を満たす電力供給が可能か否かを判定した上で、この判定結果に応じた電力供給を行うことが可能となる。
なお、本実施形態では蓄電や送電に伴う電力損失を考慮していないが、充電や放電する電力量について、蓄電時や送電時の電力損失を考慮した値で算出されてもよい。
本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の記載から逸脱することなく、種々の変形や変更等が可能である。
10 制御装置
20 サーバ
101 通信部
102 蓄電池制御部
103 電力量管理部
104 記憶部
201 蓄電池
212 電力計
213 電力計
1000 電力量管理テーブル

Claims (7)

  1. 供給を要求する電力量と前記電力量の電源又は前記電源の種類とが指定されたリクエストを受信すると、蓄電池に蓄電されている蓄電量を電源毎又は前記電源の種類毎に管理するテーブルを参照して、前記リクエストに指定されている前記電源又は前記電源の種類と前記電力量とを満たす電力の供給が可能であるか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段により前記電力の供給が可能であると判定された場合、前記リクエストに指定されている電力量を前記蓄電池から放電させる制御手段と、
    を有し、
    前記判定手段は、
    前記リクエストに前記電源が指定されている場合、前記テーブルを参照して、前記リクエストに指定されている前記電源の蓄電量が、前記リクエストに指定されている前記電力量以上であるときに、前記電力の供給が可能であると判定し、
    前記リクエストに前記電源の種類が指定されている場合、前記テーブルを参照して、前記リクエストに指定されている前記電源の種類の蓄電量の合計が、前記リクエストに指定されている前記電力量以上であるときに、前記電力の供給が可能であると判定する、ことを特徴とする制御装置。
  2. 前記蓄電池に充電された電力量を電源毎に測定する第1の電力計から受信した第1の電力量情報を用いて、前記テーブルで管理されている蓄電量を更新する更新手段を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記更新手段は、
    前記蓄電池から放電された電力量を測定する第2の電力計から受信した第2の電力量情報を用いて、前記テーブルで管理されている蓄電量を更新する、ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記電源の種類には、再生可能エネルギーと系統とが含まれる、ことを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の制御装置。
  5. 前記制御手段は、
    前記判定手段により前記電力の供給が可能であると判定されなかった場合、前記リクエストに指定されている前記電源又は前記電源の種類に関して供給可能な範囲の電力量を前記蓄電池から放電させる、ことを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の制御装置。
  6. 供給を要求する電力量と前記電力量の電源又は前記電源の種類とが指定されたリクエストを受信すると、蓄電池に蓄電されている蓄電量を電源毎又は前記電源の種類毎に管理するテーブルを参照して、前記リクエストに指定されている前記電源又は前記電源の種類と前記電力量とを満たす電力の供給が可能であるか否かを判定する判定手順と、
    前記判定手順で前記電力の供給が可能であると判定された場合、前記リクエストに指定されている電力量を前記蓄電池から放電させる制御手順と、
    をコンピュータが実行し、
    前記判定手順は、
    前記リクエストに前記電源が指定されている場合、前記テーブルを参照して、前記リクエストに指定されている前記電源の蓄電量が、前記リクエストに指定されている前記電力量以上であるときに、前記電力の供給が可能であると判定し、
    前記リクエストに前記電源の種類が指定されている場合、前記テーブルを参照して、前記リクエストに指定されている前記電源の種類の蓄電量の合計が、前記リクエストに指定されている前記電力量以上であるときに、前記電力の供給が可能であると判定する、ことを特徴とする制御方法。
  7. コンピュータを、請求項1乃至の何れか一項に記載の制御装置における各手段として機能させるためのプログラム。
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