JP7348925B2 - 電力調整システム及びアグリゲーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電動車をエネルギリソースとして用いる仮想発電所において、それら複数の電動車の充放電電力を調整する電力調整システム、及びそのような電力調整システムを構成するアグリゲーション装置に関する。

今日、複数の電動車（電池のみをエネルギ源とする純電気自動車及びプラグインハイブリッド車が含まれる）をエネルギリソースとして用いる仮想発電所（ＶＰＰ）についての研究が進んでいる。特許文献１には、その一例が開示されている。

特許第５９０５８３６号公報

ＶＰＰの実現時の課題の一つは、電力の調整手段を確実に且つできるだけ多く確保することである。エネルギリソースとしての電動車は、電池からの電力の放電と電池への余剰電力の充電とにより、配電網の需給の調整に寄与する。ゆえに、ＶＰＰのシステムに組み込まれる電動車の数は多いほうがよい。しかし、同時に管理される電動車の台数が増加すると、単独のシステムでの管理が難しく、複数のアグリゲータ間で連携することが必要になってくる。その場合、機密等の観点からアグリゲータ間での情報のやり取りをできるだけ限定しつつ、全体として適切な充放電を実現することが求められる。

本開示は、多数の電動車をＶＰＰのエネルギリソースとして用いることができる電力調整システム及びアグリゲーション装置を提供することを的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係る電力調整システムは、複数の電動車をエネルギリソースとして用いるＶＰＰにおいて、複数の電動車の充放電電力を調整するシステムであって、上位アグリゲーション装置と下位アグリゲーション装置とを備える。上位アグリゲーション装置は、複数の電動車に含まれる個々の電動車の車両情報に基づいて複数の電動車の充放電を管理するように構成された装置である。下位アグリゲーション装置は、上位アグリゲーション装置から供給される充放電情報に基づいて複数の電動車と配電網に接続された複数の充放電器との間で行われる充放電を制御するように構成された装置である。ここで、上位アグリゲーション装置から下位アグリゲーション装置に供給される充放電情報は、個々の電動車の車両情報に基づいて生成され、複数の電動車からなる電動車群の充放電制約と、個々の電動車の充放電制約とを含む。

本開示に係る電力調整システムにおいて、上位アグリゲーション装置から下位アグリゲーション装置に供給される充放電情報は、電動車群の目標充電状態を含んでもよいし、個々の電動車の目標充電状態をさらに含んでもよい。また、上位アグリゲーション装置は、個々の電動車の車両情報に基づいて複数の電動車と複数の充放電器との間で行われる充放電を制御するように構成されてもよい。また、下位アグリゲーション装置は、複数の充放電器に含まれる第１充放電器群に接続されてもよく、上位アグリゲーション装置は、複数の充放電器に含まれる第１充放電器群とは異なる第２充放電器群に接続されてもよい。

本開示に係る第１のアグリゲーション装置は、複数の電動車をエネルギリソースとして用いるＶＰＰにおいて、複数の電動車の充放電電力を調整する電力調整システムを構成するアグリゲーション装置である。本開示に係る第１のアグリゲーション装置は、複数の電動車に含まれる個々の電動車の車両情報に基づいて複数の電動車の充放電を管理することを実行するように構成される。また、本開示に係る第１のアグリゲーション装置は、下位アグリゲーション装置と通信を行い、下位アグリゲーション装置に充放電の制御に必要な充放電情報を送信することを実行するように構成される。ここで、下位アグリゲーション装置は、電力調整システムにおいて、第１のアグリゲーション装置に対して下位の階層に位置するアグリゲーション装置である。下位アグリゲーション装置は、複数の電動車と配電網に接続された複数の充放電器との間で行われる充放電を制御するように構成されている。第１のアグリゲーション装置から下位アグリゲーション装置に送信される充放電情報は、個々の電動車の車両情報に基づいて生成され、複数の電動車からなる電動車群の充放電制約と、個々の電動車の充放電制約とを含む。

本開示に係る第１のアグリゲーション装置において、第１のアグリゲーション装置から下位アグリゲーション装置に送信される充放電情報は、電動車群の目標充電状態を含んでもよいし、個々の電動車の目標充電状態をさらに含んでもよい。また、本開示に係る第１のアグリゲーション装置は、個々の電動車の車両情報に基づいて複数の電動車と複数の充放電器との間で行われる充放電を制御することをさらに実行するように構成されてもよい。また、本開示に係る第１のアグリゲーション装置は、複数の充放電器のうち下位アグリゲーション装置が接続されている充放電器群とは異なる充放電器群に接続されてもよい。

本開示に係る第２のアグリゲーション装置は、複数の電動車をエネルギリソースとして用いるＶＰＰにおいて、複数の電動車の充放電電力を調整する電力調整システムを構成するアグリゲーション装置である。本開示に係る第２のアグリゲーション装置は、上位アグリゲーション装置と通信を行い、上位アグリゲーション装置から充放電情報を受信することを実行するように構成される。ここで、上位アグリゲーション装置は、電力調整システムにおいて、第２のアグリゲーション装置に対して上位の階層に位置するアグリゲーション装置であって、複数の電動車の充放電を管理するように構成される。また、本開示に係る第２のアグリゲーション装置は、充放電情報に基づいて複数の電動車と配電網に接続された複数の充放電器との間で行われる充放電を制御することを実行するように構成される。第２のアグリゲーション装置が上位アグリゲーション装置から受信する充放電情報は、複数の電動車からなる電動車群の充放電制約と、複数の電動車に含まれる個々の電動車の充放電制約とを含む。

本開示に係る第２のアグリゲーション装置において、第２のアグリゲーション装置が上位アグリゲーション装置から受信する充放電情報は、電動車群の目標充電状態を含んでもよいし、個々の電動車の目標充電状態をさらに含んでもよい。また、本開示に係る第２のアグリゲーション装置は、複数の充放電器のうち上位アグリゲーション装置が接続されている充放電器群とは異なる充放電器群に接続されてもよい。

本開示に係る電力調整システムでは、ＶＰＰのエネルギリソースとして用いられる複数の電動車の充放電の管理は上位アグリゲーション装置（第１のアグリゲーション装置）が行う。そして、それら複数の電動車と配電網に接続された複数の充放電器との間の充放電の制御は下位アグリゲーション装置（第２のアグリゲーション装置）が行う。つまり、本開示に係る電力調整システムは、上位アグリゲーション装置と下位アグリゲーション装置とを含む階層構造を有する。

上位アグリゲーション装置による充放電の管理は個々の電動車の車両情報に基づいて行われるのに対し、下位アグリゲーション装置による充放電の制御は、個々の電動車の車両情報に基づいて生成された充放電情報に基づいて行われる。充放電情報は、複数の電動車からなる電動車群の充放電制約と、個々の電動車の充放電制約とを含む情報であり、情報の内容が個々の電動車の車両情報よりも限定されている。下位アグリゲーション装置は、制御上の制約、すなわち、電動車群の充放電制約と個々の電動車の充放電制約とを満たす範囲において、複数の電動車と複数の充放電器との間の充放電を制御する。

以上のように、本開示に係る電力調整システムは、複数の電動車の充放電を管理する上位アグリゲーション装置とは別に下位アグリゲーション装置を備え、下位アグリゲーション装置に複数の電動車と複数の充放電器との間の充放電を制御させている。下位アグリゲーション装置は、課せられている制御上の制約を満たしさえすれば、複数の電動車に対して高い自由度をもって充放電の制御を行うことができる。このように構成された本開示に係る電力調整システムによれば、多数の電動車をＶＰＰのエネルギリソースとして用いることができる。また、本開示に係る第１のアグリゲーション装置及び第２のアグリゲーション装置によれば、上記効果を有する電力調整システムを実現することができる。

本開示の実施形態のＶＰＰの全体構成を示す図である。 本開示の実施形態の上位アグリゲーションサーバと下位アグリゲーションサーバのそれぞれの構成を示すブロック図である。 本開示の実施形態の上位アグリゲーションサーバによるモデル予測制御の概要を示す図である。 モデル予測制御によるＳＯＣの最適解と最適解に基づき設定される許容ＳＯＣ範囲の例を示す図である。 充放電情報に含まれる車群目標ＳＯＣ、車群ＳＯＣ上限、及び車群ＳＯＣ下限の例を示す図である。 充放電情報に含まれる個車目標ＳＯＣ、個車ＳＯＣ上限、及び個車ＳＯＣ下限の例を示す図である。 本開示の実施形態の電力調整システムによる処理の流れを示すフローチャートである。 本開示の実施形態の電力調整システムの構成の変形例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。ただし、以下に示す実施形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、本開示に係る思想が限定されるものではない。また、以下に示す実施形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、本開示に係る思想に必ずしも必須のものではない。

１．ＶＰＰの全体構成
図１は、本開示の実施形態のＶＰＰ（Virtual Power Plant）２の全体構成を示す図である。本実施形態のＶＰＰ２は、複数の電動車８をエネルギリソースとして用いるＶＰＰである。ＶＰＰ２で用いられる電動車８は、電池８ａと充放電システムとを備えた車両である。電動車８には、例えば、電気自動車（ＥＶ）とプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）とが含まれる。ＥＶは、電池８ａのみをエネルギ源として電気モータで走行する電動車である。ＥＶは、レンジエクステンダーを有していてもよい。ＰＨＶは、電気モータと内燃機関とを有し、電気モータのエネルギ源である電池８ａに外部から直接充電することできる電動車である。電動車８は単一種類の電動車でも良いし、複数種類の電動車の混成であってもよい。電動車の種類には、ＥＶとＰＨＶとの違いだけでなく、電池８ａの容量の違いも含まれる。

ＶＰＰ２では、配電網４に接続された複数の充放電器６が用意されている。ＶＰＰ２のエネルギリソースとなる電動車８は、充放電器６を介して配電網４に接続される。配電網４から電動車８の電池８ａへの充電、及び電動車８の電池８ａから配電網４への放電は充放電器６を用いて行われる。ただし、全ての電動車が配電網４に接続可能ではない。配電網４に接続可能な電動車は、ＶＰＰ２に所属する電動車群８０に含まれる電動車８に限られる。

本実施形態のＶＰＰ２は、ＥＭＳサーバ２０、運転行動情報サーバ３０、車両情報サーバ４０、及び電力調整システム１０を備える。ＥＭＳサーバ２０は、ＶＰＰ２のエネルギマネージメントシステムを構成するサーバである。ＥＭＳサーバ２０は、配電網４を監視し、需給予測を行い、後述する電力調整システム１０に対して電力量の調整を要求する。なお、エネルギマネージメントシステムは、例えば、工場向けのＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）でもよいし、地域向けのＣＥＭＳ（Community Energy Management System）でもよい。

運転行動情報サーバ３０は、電動車群８０に含まれる各電動車８の運転者の運転行動を管理するサーバである。運転行動情報サーバ３０には、運転者毎に過去の運転行動の履歴と今後の運行予定が記録されている。運行予定は運転者自身により登録されてもよいし、運転行動の履歴から推定されてもよい。運転行動情報サーバ３０は、各運転者に紐づけられた電動車８毎の運行予定情報を後述する電力調整システム１０に送信する。

車両情報サーバ４０は、電動車群８０に含まれる各電動車８の車両情報を管理するサーバである。車両情報には、各電動車８を識別するための車両ＩＤ、各電動車８の現在位置、各電動車８の走行距離、各電動車８の電池８ａの充電状態（ＳＯＣ）等の情報が含まれる。車両情報サーバ４０は、４Ｇや５Ｇ等の移動体通信によって電動車群８０に含まれる各電動車８から車両情報を個別に吸い上げ、記憶している各電動車８の車両情報を最新の情報に更新する。車両情報サーバ４０は、更新される各電動車８の車両情報を所定の周期で後述する電力調整システム１０に送信する。

電力調整システム１０は、電動車群８０に属する電動車８の充放電電力を調整するシステムである。電力調整システム１０による充放電電力の調整は、ＥＭＳサーバ２０からの電力量の調整要求に基づいて行われる。具体的には、ＥＭＳサーバ２０から不足電力の供給が要求される場合、電力調整システム１０は、要求されている量の電力が電動車群８０から配電網４に放電されるように各電動車８の充放電電力を調整する。ＥＭＳサーバ２０から余剰電力の蓄電がされる場合、電力調整システム１０は、要求されている量の電力が配電網４から電動車群８０に充電されるように各電動車８の充放電電力を調整する。

電力調整システム１０は、上位アグリゲーションサーバ１１と下位アグリゲーションサーバ１２とを含む階層構造を有する。本実施形態では、上位アグリゲーション装置の１つの実施形態としてサーバが用いられ、同様に、下位アグリゲーション装置の１つの実施形態としてサーバが用いられている。上位アグリゲーションサーバ１１と下位アグリゲーションサーバ１２とは、インターネットを含む通信ネットワークによって接続されている。また、一つの例として、上位アグリゲーションサーバ１１と下位アグリゲーションサーバ１２とは、異なるアグリゲータによって運用される。

上位アグリゲーションサーバ１１は、電動車群８０に属する電動車８の充放電を管理するサーバである。前述のＥＭＳサーバ２０、運転行動情報サーバ３０、及び車両情報サーバ４０は、インターネットを含む通信ネットワークによって上位アグリゲーションサーバ１１に接続されている。上位アグリゲーションサーバ１１は、電動車群８０に属する個々の電動車８の電池８ａのＳＯＣと充電量或いは放電量を管理する。上位アグリゲーションサーバ１１による充放電の管理は、車両情報サーバ４０から送信される個々の電動車８の車両情報に基づいて行われる。充放電の管理に用いられる車両情報には、ＳＯＣと劣化量との関係に関する情報が含まれる。また、詳細については後述するが、上位アグリゲーションサーバ１１は、個々の電動車８の車両情報に基づいて充放電情報を生成する機能を有する。

下位アグリゲーションサーバ１２は、充放電器６に接続された電動車８と充放電器６との間で行われる充放電を制御するサーバである。下位アグリゲーションサーバ１２による充放電の制御は、上位アグリゲーションサーバ１１から供給される充放電情報に基づいて行われる。充放電情報は、上位アグリゲーションサーバ１１から下位アグリゲーションサーバ１２に対する充放電に関する指示である。充放電情報は、電動車群８０の目標ＳＯＣ及び充放電制約と、個々の電動車８の充放電制約とを含む。電動車群８０のＳＯＣとは、電動車群８０に含まれる全ての電動車８の電池容量を足し合わせたものを１００％したときにある時刻において実際に充電されている電力量である。充放電情報は、個々の電動車８の目標ＳＯＣをさらに含んでもよい。

下位アグリゲーションサーバ１２は、その管理下にある充放電器６に対して充放電制御を行うことができる。以下、下位アグリゲーションサーバ１２の管理下にある充放電器６のグループを第１充放電器群６１と称する。下位アグリゲーションサーバ１２による充放電制御の実績は、上位アグリゲーションサーバ１１に対して充放電実績として報告される。充放電実績には、下位アグリゲーションサーバ１２によって充放電が行われた電動車８ごとの充電量或いは放電量が含まれる。

充放電器６に対して充放電制御を行う機能は、上位アグリゲーションサーバ１１にも備えられる。ただし、下位アグリゲーションサーバ１２では、充放電情報に基づいて充放電制御が行われるのに対し、上位アグリゲーションサーバ１１では、個々の電動車８の車両情報に基づいて充放電制御が行われる。上位アグリゲーションサーバ１１は、その管理下にある充放電器６に対して充放電制御を行うことができる。上位アグリゲーションサーバ１１の管理下にある充放電器６のグループを第２充放電器群６２と称する。

充放電器６は第１充放電器群６１と第２充放電器群６２の何れか一方に属している。第１充放電器群６１に属する各充放電器６は、ゲートウェイ（ＧＷ）６ａを介し、インターネットを含む通信ネットワークによって下位アグリゲーションサーバ１２に接続されている。第２充放電器群６２に属する各充放電器６は、ゲートウェイ６ａを介し、インターネットを含む通信ネットワークによって上位アグリゲーションサーバ１１に接続されている。電動車群８０に属する電動車８は、第１充放電器群６１に属する充放電器６と第２充放電器群６２に属する充放電器６のどちらにも接続することができる。

２．電力調整システムの構成と機能の詳細
次に、電力調整システム１０の構成と機能の詳細について説明する。図２は、電力調整システム１０を構成する上位アグリゲーションサーバ１１と下位アグリゲーションサーバ１２のそれぞれの構成を示すブロック図である。

上位アグリゲーションサーバ１１は、１又は複数のプロセッサ１１１（以下、単にプロセッサ１１１と呼ぶ）とプロセッサ１１１に結合された１又は複数のメモリ１１２（以下、単にメモリ１１２と呼ぶ）とを含んでいる。メモリ１１２は主記憶装置と補助記憶装置とを含む。メモリ１１２には、プロセッサ１１１で実行可能なプログラムとそれに関連する種々の情報とが記憶されている。プロセッサ１１１がプログラムを実行することにより、プロセッサ１１１による各種処理が実現される。プログラムは、主記憶装置に記憶されることもできるし、補助記憶装置であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されることもできる。

メモリ１１２には、車両情報１１３と充放電情報１１４とが記憶されている。車両情報１１３は電動車群８０に含まれる全ての電動車８について存在し、電動車８毎にメモリ１１２に記憶されている。車両情報１１３は、少なくとも電池８ａのＳＯＣと劣化量との関係に関するＳＯＣ－劣化量情報１１３ａを含む。充放電情報１１４は、前述のとおり、車両情報１１３から生成された情報である。充放電情報１１４は、車群目標ＳＯＣ１１４ａ、車群ＳＯＣ上限１１４ｂ、車群ＳＯＣ下限１１４ｃ、個車ＳＯＣ上限１１４ｅ、及び個車ＳＯＣ下限１１４ｆを含む。車群目標ＳＯＣ１１４ａは、電動車群８０の目標ＳＯＣである。車群ＳＯＣ上限１１４ｂ及び車群ＳＯＣ下限１１４ｃは、電動車群８０の充放電制約である。個車ＳＯＣ上限１１４ｅ及び個車ＳＯＣ下限１１４ｆは、個々の電動車８の充放電制約である。充放電情報１１４には、個々の電動車８の目標ＳＯＣである個車目標ＳＯＣ１１４ｄが含まれていてもよい。

下位アグリゲーションサーバ１２は、１又は複数のプロセッサ１２１（以下、単にプロセッサ１２１と呼ぶ）とプロセッサ１２１に結合された１又は複数のメモリ１２２（以下、単にメモリ１２２と呼ぶ）とを含んでいる。メモリ１２２は主記憶装置と補助記憶装置とを含む。メモリ１２２には、プロセッサ１２１で実行可能なプログラムとそれに関連する種々の情報とが記憶されている。プロセッサ１２１がプログラムを実行することにより、プロセッサ１２１による各種処理が実現される。プログラムは、主記憶装置に記憶されることもできるし、補助記憶装置であるコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されることもできる。

メモリ１２２には、充放電情報１２３が記憶されている。別の言い方をすれば、メモリ１２２には、車両情報は記憶されておらず、充放電情報１２３のみが記憶されている。メモリ１２２に記憶された充放電情報１２３は、上位アグリゲーションサーバ１１から送信された充放電情報１１４である。上位アグリゲーションサーバ１１は、メモリ１１２に記憶された充放電情報１１４を所定の周期で下位アグリゲーションサーバ１２に送信するとともに、所定の周期で更新する。下位アグリゲーションサーバ１２は、上位アグリゲーションサーバ１１から送信された充放電情報１１４によって、メモリ１２２に記憶された充放電情報１２３を更新する。充放電情報１２３は、車群目標ＳＯＣ１２３ａ、車群ＳＯＣ上限１２３ｂ、車群ＳＯＣ下限１２３ｃ、個車ＳＯＣ上限１２３ｅ、及び個車ＳＯＣ下限１２３ｆを含む。充放電情報１１４に個車目標ＳＯＣ１１４ｄが含まれる場合、充放電情報１２３にも個車目標ＳＯＣ１２３ｄが含まれる。

上位アグリゲーションサーバ１１は、充放電情報１１４の生成において、まず、個々の電動車８の目標ＳＯＣ、すなわち、個車目標ＳＯＣ１１４ｄを計算する。個車目標ＳＯＣ１１４ｄの計算には、例えば、モデル予測制御コントローラ（ＭＰＣコントローラ）が用いられる。図３は、上位アグリゲーションサーバ１１によるモデル予測制御の概要を示す図である。ＭＰＣコントローラは、予測モデルと最適化ソルバーとを含む。予測モデルは、現時刻から所定時間（予測ホライズン）を経過した時刻までのＳＯＣと電池８ａの劣化状態の各挙動を予測する。最適化ソルバーは、制約を遵守しつつ最適化問題を解くことによって制御対象である個車、すなわち、個々の電動車８の制御入力を求める。制約には、電欠の防止と利用者が指定するＳＯＣの確保とに加え、電動車群８０の全体に対する要求充放電電力の満足が含まれる。ＭＰＣコントローラは、個々の電動車８の制御入力として個車目標ＳＯＣを計算する。制御出力である個車ＳＯＣ、すなわち、個々の電動車８のＳＯＣは個々の電動車８の充放電電力とともにＭＰＣコントローラにフィードバックされる。なお、ここでは、個車目標ＳＯＣ１１４ｄの計算にモデル予測制御を用いたが、将来状態の推定・制約の考慮が可能なモデルベース制御であれば、個車目標ＳＯＣ１１４ｄの計算手段はモデル予測制御には限定されない。

上位アグリゲーションサーバ１１は、モデル予測制御によって計算されたＳＯＣの最適解である個車目標ＳＯＣ１１４ｄと、ＳＯＣ－劣化量情報１１３ａとに基づいて許容ＳＯＣ範囲を計算する。許容ＳＯＣ範囲は、電池８ａの劣化の観点から許容されるＳＯＣの範囲である。許容ＳＯＣ範囲の上限が個車ＳＯＣ上限１１４ｅであり、許容ＳＯＣ範囲の下限が個車ＳＯＣ下限１１４ｆである。図４は、モデル予測制御によるＳＯＣの最適解と最適解に基づき設定される許容ＳＯＣ範囲の例を示す図である。

図４に示す各例のグラフは、ＳＯＣ－劣化量情報１１３ａの内容が表されている。グラフの横軸は電池のＳＯＣであり、グラフの縦軸は電池の容量の劣化量である。グラフ中には、ＳＯＣと劣化量との関係の一例が点線で描かれている。この点線で描かれたＳＯＣと劣化量との関係がＳＯＣ－劣化量情報１１３ａである。ＳＯＣと劣化量との関係は電池８ａの使用履歴、使用環境、個体差等によって電池毎に異なっている。ゆえにＳＯＣ－劣化量情報１１３ａは電動車８毎に異なっている。グラフには、ＳＯＣの最適解が丸印で描かれ、許容ＳＯＣ範囲が両矢印で描かれている。ここでは、ＳＯＣの最適解における劣化量に対して劣化量の悪化割合が許容値（例えば、１％）以下に収まる範囲が許容ＳＯＣ範囲に設定されている。

例１乃至３について簡単に説明する。例１では、ＳＯＣの最適解は、劣化量が最小になるＳＯＣ（最小劣化量ＳＯＣ）よりも低い。この場合、ＳＯＣの最適解よりもＳＯＣが低くなると、劣化量は増大して悪化割合はすぐに許容値に達する。一方、ＳＯＣの最適解よりもＳＯＣが高くなると、劣化量は低下していく。ＳＯＣがさらに高くなり最小劣化量ＳＯＣよりも高くなると、劣化量は増大していきやがて許容値に達する。つまり、例１の場合には、ＳＯＣの最適解に対してＳＯＣが低い側にはＳＯＣのずれに余裕は無いが、ＳＯＣの最適解に対してＳＯＣが高い側にはＳＯＣのずれに余裕はある。

例２では、最小劣化量ＳＯＣがＳＯＣの最適解である。この場合、ＳＯＣの最適解よりもＳＯＣが低くなると、劣化量は増大していき悪化割合はやがて許容値に達する。一方、ＳＯＣの最適解よりもＳＯＣが高くなっても、劣化量は増大していき悪化割合はやがて許容値に達する。つまり、例２の場合には、ＳＯＣの最適解に対してＳＯＣが低い側にはＳＯＣのずれにある程度の余裕はあり、ＳＯＣの最適解に対してＳＯＣが高い側にもＳＯＣのずれにある程度の余裕はある。

例３では、ＳＯＣの最適解は、最小劣化量ＳＯＣよりも高い。図４に例示するＳＯＣ－劣化量特性は、ＳＯＣが高くなると劣化量が急激に増大する特性である。このため、ＳＯＣの最適解よりもＳＯＣが高くなると、劣化量は急増して悪化割合はすぐに許容値に達する。一方、ＳＯＣの最適解よりもＳＯＣが低くなると、劣化量は低下していく。ＳＯＣがさらに低くなり最小劣化量ＳＯＣよりも低くなると、劣化量は増大していくもののＳＯＣの最適解における劣化量よりは低く維持される。つまり、例３の場合には、ＳＯＣの最適解に対してＳＯＣが高い側にはＳＯＣのずれに余裕は無いが、ＳＯＣの最適解に対してＳＯＣが低い側にはＳＯＣのずれに十分な余裕がある。

上位アグリゲーションサーバ１１は、個々の電動車８について計算された個車目標ＳＯＣ１１４ｄ、個車ＳＯＣ上限１１４ｅ、及び個車ＳＯＣ下限１１４ｆに基づき、車群目標ＳＯＣ１１４ａ、車群ＳＯＣ上限１１４ｂ、及び車群ＳＯＣ下限１１４ｃを計算する。車群目標ＳＯＣ１１４ａは、電動車群８０に含まれる全ての電動車８の個車目標ＳＯＣ１１４ｄの平均値として計算される。車群ＳＯＣ上限１１４ｂは、電動車群８０に含まれる全ての電動車８の個車ＳＯＣ上限１１４ｅの平均値として計算される。車群ＳＯＣ下限１１４ｃは、電動車群８０に含まれる全ての電動車８の個車ＳＯＣ下限１１４ｆの平均値として計算される。

図５は、上位アグリゲーションサーバ１１から下位アグリゲーションサーバ１２に送信される充放電情報に含まれる車群目標ＳＯＣ、車群ＳＯＣ上限、及び車群ＳＯＣ下限の例を示す図である。図５に示すように、車群目標ＳＯＣ、車群ＳＯＣ上限、及び車群ＳＯＣ下限は時間によって変化する変数である。上位アグリゲーションサーバ１１は所定の時間間隔でこれらの数値を下位アグリゲーションサーバ１２に送信する。

図６は、上位アグリゲーションサーバ１１から下位アグリゲーションサーバ１２に送信される充放電情報に含まれる個車目標ＳＯＣ、個車ＳＯＣ上限、及び個車ＳＯＣ下限の例を示す図である。図６に示すように、個車目標ＳＯＣ、個車ＳＯＣ上限、及び個車ＳＯＣ下限は時間によって変化する変数である。上位アグリゲーションサーバ１１は所定の時間間隔でこれらの数値を下位アグリゲーションサーバ１２に送信する。ただし、前述のとおり個車目標ＳＯＣの送信はオプションであって、必ずしも充放電情報に個車目標ＳＯＣが含まれる必要はない。

下位アグリゲーションサーバ１２は、第１充放電器群６１に属する充放電器６に接続された電動車８に対し、全体としてのＳＯＣを車群ＳＯＣ上限１２３ｂから車群ＳＯＣ下限１２３ｃまでの範囲に収めつつ、車群目標ＳＯＣ１２３ａに近付けるように充放電制御を行う。また、下位アグリゲーションサーバ１２は、個々の電動車８のＳＯＣを個車ＳＯＣ上限１２３ｅから個車ＳＯＣ下限１２３ｆまでの範囲に収めるように、個々の電動車８に対する充放電制御を行う。充放電情報に個車目標ＳＯＣ１２３ｄが含まれる場合、下位アグリゲーションサーバ１２は、個々の電動車８のＳＯＣを個車ＳＯＣ上限１２３ｅから個車ＳＯＣ下限１２３ｆまでの範囲に収めつつ、個車目標ＳＯＣ１２３ｄに近づけるように、個々の電動車８に対する充放電制御を行う。

上位アグリゲーションサーバ１１が充放電制御を行う場合、上位アグリゲーションサーバ１１は個々の電動車８の車両情報１１３に基づいて充放電制御を行う。この充放電制御で用いられる車両情報１１３には、少なくとも上記のＳＯＣ－劣化量情報１１３ａと個車目標ＳＯＣ１１４ｄとが含まれる。ＳＯＣ－劣化量情報１１３ａに基づいて個々の電動車８に対する充放電制御を行うことで、電池８ａの急激な劣化や、電池８ａが満充電になったり電欠になったりすることを防止しながら、個々の電動車８のＳＯＣを個車目標ＳＯＣ１２３ｄに精度よく近づけることができる。

図７は、以上の構成と機能を有する電力調整システム１０に処理の流れを示すフローチャートである。フローチャートには、ステップＳ１からＳ５までの５つのステップが表されている。電力調整システム１０では、これらのステップの処理が順に繰り返し実行されている。

ステップＳ１では、上位アグリゲーションサーバ１１は、モデル予測制御（ＭＰＣ）によって各電動車８の電池８ａの劣化を最小にするＳＯＣの最適値を算出する。モデル予測制御によるＳＯＣの最適値の算出方法は図３を用いて説明したとおりである。

ステップＳ２では、上位アグリゲーションサーバ１１は、ＳＯＣの最適値から劣化量の悪化割合が許容値以下で収まるＳＯＣの範囲、すなわち、許容ＳＯＣ範囲を電動車８毎に探索する。許容ＳＯＣ範囲の探索方法は図４を用いて説明したとおりである。

ステップＳ３では、上位アグリゲーションサーバ１１は、ステップＳ１で算出されたＳＯＣの最適値とステップＳ２で探索した許容ＳＯＣ範囲とに基づいて充放電情報１１４を生成する。充放電情報１１４は、車群目標ＳＯＣ１１４ａ、車群ＳＯＣ上限１１４ｂ、車群ＳＯＣ下限１１４ｃ、個車ＳＯＣ上限１１４ｅ、及び個車ＳＯＣ下限１１４ｆを含む。充放電情報には個車目標ＳＯＣ１１４ｄが含まれてもよい。上位アグリゲーションサーバ１１は、下位アグリゲーションサーバ１２へ充放電情報１１４を送信する。

ステップＳ４では、上位アグリゲーションサーバ１１から受信した充放電情報１２３に基づき、下位アグリゲーションサーバ１２と電動車８との間でアグリゲーション制御が実行される。ただし、下位アグリゲーションサーバ１２によるアグリゲーション制御の対象となる電動車８は、第１充放電器群６１に属する充放電器６につながれた電動車８である。第２充放電器群６２に属する充放電器６につながれた電動車８は、上位アグリゲーションサーバ１１との間でアグリゲーション制御が実行される。

ステップＳ５では、下位アグリゲーションサーバ１２から上位アグリゲーションサーバ１１へ充放電実績が報告される。上位アグリゲーションサーバ１１は、下位アグリゲーションサーバ１２から報告された充放電実績をアグリゲーション実績として取得する。上位アグリゲーションサーバ１１自体が充放電制御を行っている場合、上位アグリゲーションサーバ１１による充放電実績もまとめてアグリゲーション実績として取得される。上位アグリゲーションサーバ１１は、アグリゲーション実績、すなわち、電動車群８０によって充放電できた電力量の実績値をＥMＳサーバ２０に報告する。

３．電力調整システムの作用及び効果
本実施形態の電力調整システム１０では、ＶＰＰ２のエネルギリソースとして用いられる全ての電動車８の充放電の管理は上位アグリゲーションサーバ１１が行う。そして、充放電器６につながれた電動車８と充放電器６との間の充放電制御は、上位アグリゲーションサーバ１１と下位アグリゲーションサーバ１２とが行う。

上位アグリゲーションサーバ１１により行われる個々の電動車８の充放電の管理と、第２充放電器群６２に属する充放電器６に接続された電動車８に対する充放電制御は、個々の電動車８の車両情報１１３に基づいて行われる。上位アグリゲーションサーバ１１は、車両情報１１３に含まれるＳＯＣ－劣化量情報１１３ａを参照しながら、個々の電動車８のＳＯＣが個車目標ＳＯＣ１１４ｄを達成するように充放電制御を行う。

下位アグリゲーションサーバ１２により行われる第１充放電器群６１に属する充放電器６に接続された電動車８に対する充放電制御は、個々の電動車８の車両情報１１３に基づいて生成された充放電情報１２３に基づいて行われる。下位アグリゲーションサーバ１２は、充放電情報１２３に含まれる制御上の制約、すなわち、車群ＳＯＣ上限１２３ｂ、車群ＳＯＣ下限１２３ｃ、個車ＳＯＣ上限１２３ｅ、及び個車ＳＯＣ下限１２３ｆを満たす範囲において、車群目標ＳＯＣ１２３ａを達成するように充放電制御を行う。

以上のように、電力調整システム１０は、上位アグリゲーションサーバ１１とは別に下位アグリゲーションサーバ１２を備え、下位アグリゲーションサーバ１２にも電動車８と充放電器６との間の充放電を制御させている。上位アグリゲーションサーバ１１は、ＳＯＣ－劣化量情報１１３ａを含む個々の電動車８の車両情報１１３に基づき充放電制御を行うことで、個々の電動車８について電池８ａの劣化を最小限に抑えつつ、全体として要求充放電電力を満足させることができる。一方、下位アグリゲーションサーバ１２は、上位アグリゲーションサーバ１１で用いられる詳細な車両情報１１３を用いることはできないが、逆に言えば、車両情報１１３の内容に充放電制御が拘束されることもない。つまり、下位アグリゲーションサーバ１２は、課せられている制御上の制約を満たしさえすれば、高い自由度をもって充放電制御を行うことができる。

また、上位アグリゲーションサーバ１１から見た場合、下位アグリゲーションサーバ１２に対してＳＯＣ－劣化量情報１１３ａを含む個々の電動車８の車両情報１１３を渡す必要はない。このことは、上位アグリゲーションサーバ１１を運用するアグリゲータと、下位アグリゲーションサーバ１２を運用するアグリゲータとが異なる主体である場合においてメリットが大きい。例えば車両情報１１３に秘密性の高い情報が含まれている場合、上位アグリゲーションサーバ１１を運用するアグリゲータにとって、下位アグリゲーションサーバ１２を運用するアグリゲータに対して車両情報１１３を公開することのデメリットは大きい。しかし、上述の内容に限定された充放電情報であれば、下位アグリゲーションサーバ１２を運用するアグリゲータに対して情報を公開することのデメリットは少ない。寧ろ、必要最小限の情報の公開によって、下位アグリゲーションサーバ１２を運用するアグリゲータをＶＰＰ２に組み込むことができる。これにより、上位アグリゲーションサーバ１１を運用するアグリゲータだけでＶＰＰ２を構築する場合に比較して、より多くの電動車８をＶＰＰ２のエネルギリソースとして用いることが可能となる。

４．電力調整システムの変形例
図８は、電力調整システム１０の構成の変形例を示すブロック図である。図８に示す変形例では、電力調整システム１０は、１つの上位アグリゲーションサーバ１１と複数の下位アグリゲーションサーバ１２－１，１２－２，・・・，１２－ｎとで構成されている。これらの下位アグリゲーションサーバ１２－１，１２－２，・・・，１２－ｎは、それぞれが異なるアグリゲータによって運用されていてもよい。各下位アグリゲーションサーバ１２－１，１２－２，・・・，１２－ｎには、互いに独立した第１充放電器群６１－１，６１－２，・・・，６１－ｎが接続されている。このように複数の下位アグリゲーションサーバ１２－１，１２－２，・・・，１２－ｎを上位アグリゲーションサーバ１１に接続することで、より多くの電動車８をＶＰＰ２のエネルギリソースとして用いることができる。

また、図示は省略するが、上位アグリゲーションサーバ１１は、電動車８の充放電の管理のみを行うように構成されてもよい。つまり、電力調整システム１０は、電動車８と充放電器６との間の充放電の制御は専ら下位アグリゲーションサーバ１２によって担われるように構成されてもよい。

２ 仮想発電所（ＶＰＰ）
４ 配電網
６ 充放電器
６ａ ゲートウェイ
６１ 第１充放電器群
６２ 第２充放電器群
８ 電動車
８ａ 電池
８０ 電動車群
１０ 電力調整システム
１１ 上位アグリゲーションサーバ
１１１ プロセッサ
１１２ メモリ
１２ 下位アグリゲーションサーバ
１２１ プロセッサ
１２２ メモリ
２０ ＥＭＳサーバ
３０ 運転行動情報サーバ
４０ 車両情報サーバ

Claims (14)

1. 複数の電動車をエネルギリソースとして用いる仮想発電所において、前記複数の電動車の充放電電力を調整する電力調整システムであって、
   前記複数の電動車に含まれる個々の電動車の車両情報に基づいて前記複数の電動車の充放電を管理する上位アグリゲーション装置と、
   前記上位アグリゲーション装置から供給される充放電情報に基づいて前記複数の電動車と配電網に接続された複数の充放電器との間で行われる充放電を制御する下位アグリゲーション装置と、を備え、
   前記充放電情報は、前記個々の電動車の車両情報に基づいて生成され、前記複数の電動車からなる電動車群の充放電制約と、前記個々の電動車の充放電制約とを含む
   ことを特徴とする電力調整システム。
2. 請求項１に記載の電力調整システムにおいて、
   前記充放電情報は、前記電動車群の目標充電状態をさらに含む
   ことを特徴とする電力調整システム。
3. 請求項１又は２に記載の電力調整システムにおいて、
   前記充放電情報は、前記個々の電動車の目標充電状態をさらに含む
   ことを特徴とする電力調整システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力調整システムにおいて、
   前記上位アグリゲーション装置は、前記個々の電動車の車両情報に基づいて前記複数の電動車と前記複数の充放電器との間で行われる充放電を制御する
   ことを特徴とする電力調整システム。
5. 請求項４に記載の電力調整システムにおいて、
   前記下位アグリゲーション装置は、前記複数の充放電器に含まれる第１充放電器群に接続され、
   前記上位アグリゲーション装置は、前記複数の充放電器に含まれる前記第１充放電器群とは異なる第２充放電器群に接続されている
   ことを特徴とする電力調整システム。
6. 複数の電動車をエネルギリソースとして用いる仮想発電所において、前記複数の電動車の充放電電力を調整する電力調整システムを構成するアグリゲーション装置であって、
   前記複数の電動車に含まれる個々の電動車の車両情報に基づいて前記複数の電動車の充放電を管理することと、
   前記複数の電動車と配電網に接続された複数の充放電器との間で行われる充放電を制御する下位アグリゲーション装置と通信を行い、前記下位アグリゲーション装置に充放電の制御に必要な充放電情報を送信することと、を実行するように構成され
   前記充放電情報は、前記個々の電動車の車両情報に基づいて生成され、前記複数の電動車からなる電動車群の充放電制約と、前記個々の電動車の充放電制約とを含む
   ことを特徴とするアグリゲーション装置。
7. 請求項６に記載のアグリゲーション装置において、
   前記充放電情報は、前記電動車群の目標充電状態をさらに含む
   ことを特徴とするアグリゲーション装置。
8. 請求項６又は７に記載のアグリゲーション装置において、
   前記充放電情報は、前記個々の電動車の目標充電状態をさらに含む
   ことを特徴とするアグリゲーション装置。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載のアグリゲーション装置において、
   前記個々の電動車の車両情報に基づいて前記複数の電動車と前記複数の充放電器との間で行われる充放電を制御すること、をさらに実行するように構成されている
   ことを特徴とするアグリゲーション装置。
10. 請求項９に記載のアグリゲーション装置において、
    前記複数の充放電器のうち前記下位アグリゲーション装置が接続されている充放電器群とは異なる充放電器群に接続されている
    ことを特徴とするアグリゲーション装置。
11. 複数の電動車をエネルギリソースとして用いる仮想発電所において、前記複数の電動車の充放電電力を調整する電力調整システムを構成するアグリゲーション装置であって、
    前記複数の電動車の充放電を管理する上位アグリゲーション装置と通信を行い、前記上位アグリゲーション装置から充放電情報を受信することと、
    前記充放電情報に基づいて前記複数の電動車と配電網に接続された複数の充放電器との間で行われる充放電を制御することと、を実行するように構成され
    前記充放電情報は、前記複数の電動車からなる電動車群の充放電制約と、前記複数の電動車に含まれる個々の電動車の充放電制約とを含む
    ことを特徴とするアグリゲーション装置。
12. 請求項１１に記載のアグリゲーション装置において、
    前記充放電情報は、前記電動車群の目標充電状態をさらに含む
    ことを特徴とするアグリゲーション装置。
13. 請求項１１又は１２に記載のアグリゲーション装置において、
    前記充放電情報は、前記個々の電動車の目標充電状態をさらに含む
    ことを特徴とするアグリゲーション装置。
14. 請求項１１乃至１３の何れか１項に記載のアグリゲーション装置において、
    前記複数の充放電器のうち前記上位アグリゲーション装置が接続されている充放電器群とは異なる充放電器群に接続されている
    ことを特徴とするアグリゲーション装置。

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