JPWO2016088761A1 - 電力制御システム、電力制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2014年12月02日に、日本国へ出願された特願2014−243957号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一方で、小売事業者の多くは、工場や施設の余剰電力や自然エネルギーからの電力の調達などの不安定な供給源を利用している。このため、小売事業者は、余剰電力あるいは自然エネルギーによる発電電力などとして得られる電力の予測精度の向上や、小売事業者間における電力の融通などの方策により、不安定な電力供給を回避している。
さらに、需要家が消費する消費電力に対して、デマンド要求やダイナミックプライシング(時間帯などによる価格調整)を行うことで、需要家に供給する電力を制御している。
一方、需要家施設の各々の個別の環境に依存する対策が多く、蓄電池の充放電による電力制御、燃料電池による発電、電力を熱に変換して蓄熱する温水器などの方法による制御が、量的にもあるいは確実性でも勝っている。これらの蓄熱及び蓄電の効果は大きいものの、分散した機器の制御を行うための計画の作成、制御を実行する仕組みが提供されている(例えば、特許文献3参照)。
予測される発電電力と、予測される消費電力とに基づいて、余剰電力を推定して蓄電池に蓄電された電力と、負荷で消費される電力との調整を行う電力制御システムがある(例えば、特許文献3及び特許文献4参照)。
図1を参照して、1つの需要家施設10が備える電気設備の一例について説明する。図2は、1つの需要家施設10が備える電気設備の構成例を示す図である。本実施形態における電力制御システムは、例えば、需要家施設に対応する住宅、商業施設、産業施設などの需要家施設における電力を一括して管理するものである。このような電力制御システムは、例えばHEMS(Home Energy Management System)などといわれるものに対応する。この図1は需要家施設10が備える電気設備の構成例を示している。この図1において、需要家施設10は、電気設備として、太陽電池101、パワーコンディショナ102、蓄電池103、インバータ104、電力経路切替部105、負荷106(電力負荷)、施設別制御部107、電力制御推定部108、推定値補正部109及び記憶部110の各々を備えている。
太陽電池101は、再生可能エネルギーである太陽光を利用する発電装置の1つであり、光起電力効果により光エネルギーを電力に変換することにより発電を行う。太陽電池101は、例えば需要家施設10の屋根などのように、発電素子が配置されている面に対し、太陽光が遮蔽されにくい場所に設置されることにより、太陽光を効率的に電力に変換する。
パワーコンディショナ102は、太陽電池101に対応して備えられ、太陽電池101から出力される直流の電力を、負荷の電源入力の仕様に対応した電圧及び周波数の交流の電力に変換する。
具体的に、蓄電池103に対する充電時には、商用電源2又はパワーコンディショナ102から電力経路切替部105を介して充電のための交流の電力がインバータ104に供給される。インバータ104は、このように供給される交流の電力を直流の電力に変換し、蓄電池103に供給する。また、蓄電池103の放電時には、蓄電池103から直流の電力が出力される。インバータ104は、このように蓄電池103から出力される直流の電力を交流の電力に変換して電力経路切替部105に供給する。
施設別制御部107は、需要家施設10における電気設備(太陽電池101、パワーコンディショナ102、蓄電池103、インバータ104、電力経路切替部105、負荷106のすべてまたは一部)を制御する。
次に、電力制御推定部108は、インターネットを介していずれかの天気予報のデータを提示している天気予報のホームページから、翌日の天気予報を読み込む。または、電力制御推定部108は、気象情報配信会社のサーバから、翌日などの日射量の予測データの配信を受けても良い。
このとき、電力制御推定部108は、所定の時間帯の電力量パターン(消費電力、発電電力)を推定する際、推定を行う時間帯の前の時間帯の電力量パターンと類似する(最もパターン形状が近い)過去の履歴における推定する時間帯の電力量パターンを抽出する構成としても良い。一例として、例えば、朝(9時)以降の時間帯の電力量パターンの推定を行う場合、電力制御推定部108は、推定する日の朝6時から朝9時までの電力量パターンと類似する、朝6時から朝9時までの電力量パターンを有する日を抽出する。そして、電力制御推定部108は、この抽出された日の朝9時以降の電力量パターンを用いて、推定する日の朝9時以降の電力量パターンを推定する。特に、朝9時以降から夕方(日没)までの電力パターンの推定に有効である。ここで用いる、パターンの類似性は、最小二乗法などの公知の方法のいずれを用いても良い。
また、一日における消費電力や発電電力がピークとなる昼のピークパターンの類似性も、電力量パターンの推定に重要である。消費電力が最もピークとなる時間帯が13時から14時であれば、この時間を高い精度で推定する場合、電力制御推定部108は、この日の推定する時間帯の直前の時間帯である10時から12時の電力量パターンと類似する、10時から12時までの電力量パターンを有する日を履歴から抽出する。そして、電力制御推定部108は、この抽出した日の13時から14時の時間帯の電力量パターンを用いて、推定する日の13時から14時の電力量パターンを推定する。
また、電力制御推定部108は、上述のように推定した消費電力及び発電電力を元にして、自立率が最も高くなるように、翌日における蓄電池103の所定の時間間隔毎における充電量及び放電量の推定を行う。そして、電力制御推定部108は、翌日の需要家施設10における、少なくとも消費電力量、買電電力量、発電電力量、充電電力量及び放電電力量などが所定の間隔の離散値からなる所定の時間間隔で示された電力量パターンから構成される電力制御推定パターンを生成する。
このように、推定される所定の時間間隔毎の電力制御推定パターンは、例えば、図2に示すように、消費電力量、買電電力量、発電電力量、充電電力量及び放電電力量などの電力量の離散的な推定値からなる推定パターンから構成されている。
需要家施設10における負荷106が消費する消費電力は、時々刻々と変化するため、必要に応じて蓄電池103から放電する電力あるいは系統電源から充電する電力も絶えず変化することになる。そのため、電力制御推定部108においては、負荷106の消費する消費電力に対応して適切に、蓄電池103からの放電、系統電源からの電力あるいは太陽電池101の発電電力による充電を行う必要がある。したがって、需要家施設10の負荷106に対する消費電力の供給の管理に用いる電力制御推定パターンは、実績パターンにより近似している必要がある。
そして、放電電力の増加方向へのシフトが進み、ある放電電力量において損金が最低値となる。この最低値の放電電力量から、さらに放電電力量を増加方向へシフトさせると、損金が放電電力量の増加に従って徐々に増加していく。すなわち、系統電源からの蓄電池103への充電に対応した買電電力を減少させれば、1日全体の損金が低下していくが、最適値である最小の放電電力量に対して放電電力量を増加させ過ぎると、単価の安い電力であるが損失金額は増加してしまう。
図8に示すように、図4における1440個の差分の電力量のうち、補正値を加算しない状態において、放電電力が供給過剰である正の電力量を積算すると、差分放電電力量が770.45である。
また、推定値補正部109は、電力制御推定パターンにおいて、求めたシフト電力量を放電電力量のパターンに補正値として加算する。推定値補正部109は、補正した翌日の補正電力制御推定パターンを、補正する前の電力制御推定パターンとともに記憶部110に対して記憶させる。
また、このとき、推定値補正部109は、推定する所定の日の前日の過去電力制御推定パターンと過去実績パターンとではなく、補正する対象の電力制御推定パターンに最も相似した所定の日の過去電力制御推定パターンを記憶部110から読み出す構成としても良い。そして、推定値補正部109は、この過去電力制御推定パターンとともに、過去電力制御推定パターンに対応する過去実績パターンを読み出す。推定値補正部109は、これら読み出した過去電力制御推定パターンと過去実績パターンとから電力量の差分を求める。
また、施設別制御部107は、補正電力制御推定パターンの対応する1日が終了すると、負荷106の実際に消費した消費電力に対応した実績パターンを過去実績パターンとして、補正電力制御推定パターンに対応させて、所定の日の年月日とともに、記憶部110に対して書き込んで記憶させる。ここで、施設別制御部107は、負荷106で消費された消費電力、系統電源から供給された買電電力、太陽電池101が発電した発電電力、発電電力から蓄電池103の充電に用いられた充電電力の各々の電力量を、電力経路切替部105に設けられた電力センサにより、所定の時間間隔毎に計測して、これらの電力量パターンからなる上記実績パターンを生成する。
また、本実施形態においては、太陽電池101が設けられている構成となっているが、太陽電池101及びパワーコンディショナ102が設けられていない構成においても、同様に、上述した推定値補正部109の電力制御推定パターンを補正する機能を用いることができる。この構成の場合、電力制御推定パターン、補正電力制御推定パターン、過去電力制御推定パターン及び過去実績パターンの各々には、発電電力の電力量パターンが含まれていない。
また 消費電力量を所定の単位の電力量で低減させつつ、買電電力量、発電電力量、充電電力量及び放電電力量を含めて再計算するシミュレーションを行うように、推定値補正部109を構成しても良い。この構成の場合、損失金額が最小あるいは、あるいは買電電力量が最小となるようにシフト電力量を求め、電気料金が高い時間帯における電力制御推定パターンを補正し、補正電力制御推定パターンを求める。
したがって、推定値補正部109は、電力料金における損失金額が最小となる、あるいは買電電力量が最小となるように、消費電力量の差分が正の電力量の時間帯における逆潮流させる電力量を所定のシフト電力量により低減させ、消費電力量の差分が負の電力量の時間帯における放電電力量を所定のシフト量により増加させる。
これにより、本実施形態によれば、有効に、電力料金における損失金額を最小として、あるいは買電電力量を最小として、消費電力の自給率を向上させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。図9は、本発明の第2の実施形態による電力制御システムの構成例を示す図である。本実施形態における電力制御システムは、例えば、所定の地域範囲における複数の需要家に対応する住宅、商業施設、産業施設などの需要家施設における電力を一括して管理するものである。このような電力制御システムは、例えばTEMS(Town Energy Management System)やCEMS(Community Energy Management System)などといわれるものに対応する。
需要家施設10Aは、例えば、住宅、商業施設、あるいは産業施設などに該当する。また、電力制御地域1が、例えば1つまたは複数の集合住宅に対応し、需要家施設10Aのそれぞれが集合住宅における各戸であるような態様でもよい。
また、需要家施設10Aの位置は、電力制御システムが管理する構成となっていれば、同様に管理されている他の需要家施設と同一地域に限定されなくとも良い。すなわち、電力制御システムは、自身の管理下の需要家施設10Aとして登録され、後述するネットワーク300を利用して管理する情報の送受信が行うことができれば、異なる地域(例えば、北海道、本州、九州、四国などの各地域)において登録された複数の需要家施設10Aの集合体でも良い。この場合、共通の系統電源3は、需要家施設10Aの各々に接続される地域における電源線の集合体となる。ネットワーク300は、インターネットを主体としたネットワークである。後述するクラウドコンピューティングは、インターネットを主体としたネットワーク300をベースにしたコンピュータ資源の利用形態である。
また、太陽電池(後述する太陽電池101)を備える需要家施設10Aは、太陽電池の発電電力を系統電源3に出力させることができる。また、蓄電池(後述する太陽電池101)を備える需要家施設10においては、系統電源3から電力供給を受けて蓄電池に蓄電(充電)させることができる。また、蓄電池と太陽電池を備える需要家施設10においては、太陽電池の発電電力を蓄電池に充電させることができる。
電力制御装置200は、電力制御地域1に属する各需要家施設10Aにおける電気設備を対象として電力制御を実行する。このために、図9における電力制御装置200は、ネットワーク300を介して需要家施設10Aの各々と相互通信可能なように接続される。
これにより、電力制御装置200は、各需要家施設10Aにおける電気設備を制御することができる。
すなわち、電力制御装置200は、クラウドコンピューティングにおけるサーバとしてネットワーク300に管理されていても良い。また、電力制御装置200は、クラウドサービスプロバイダーのサーバから、制御されるように構成しても良い。
図1の構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。第2の実施形態における需要家施設10Aには、図1における電力制御推定部108、推定値補正部109及び記憶部110の各々がない。図10において、需要家施設10Aは、電気設備として、太陽電池101、パワーコンディショナ102、蓄電池103、インバータ104、電力経路切替部105A、負荷106及び施設別制御部107Aの各々を備える。
また、前述のように、電力制御地域1内の需要家施設10Aのうちの一部において、例えば太陽電池101や、蓄電池103及びインバータ104を備えないもでもよい。
そこで、本実施形態の電力制御装置200は、電力制御地域1内の需要家施設10の蓄電池103に対して充電または放電を行うにあたり、以降説明するように、電力制御地域1内の需要家施設10A全体の余剰電力を合成し、所定の需要家施設10Aが備える蓄電池103に対する充放電動作を制御する。すなわち、以降において説明する蓄電池103の充放電動作の制御は、電力制御地域1における太陽電池101から蓄電池103への充電電力の分配、もしくは、蓄電池103から負荷106への放電電力の分配を伴う。このため、以降において説明する蓄電池103に対する充放電動作の制御については電力分配制御とも呼ぶ。
ネットワークI/F部201は、ネットワーク300を介して、各需要家施設10の施設別制御部107と間で各種データの送受信を行う。
図11に示す第1電力制御部202は、総電力算出部221、分配電力決定部222及び分配制御部223の各々を備える。
総電力算出部221は、電力制御地域1において、複数の蓄電池103の群に対して充電すべき総電力(充電総電力)または複数の蓄電池103の群から放電させるべき総電力(放電総電力)を算出する。なお、以降において、充電総電力と放電総電力とで特に区別しない場合には、総電力と記載する。
分配制御部223は、分配対象としての各需要家施設10Aの蓄電池103それぞれに決定された分配電力が分配されるように制御する。
電力制御推定部2251は、自身が管理する電力制御地域1における需要家施設10Aの各々における負荷106の消費電力、太陽電池101の発電量を推定する。このとき、電力制御推定部2251は、需要家施設10Aの所定期間(例えば1年間)における、翌日と同一季節の範囲における需要家の消費電力の履歴を読み込む。また、電力制御推定部2251は、インターネットを介していずれかの天気予報のデータを提示している天気予報のホームページから、翌日の天気予報を読み込む。または、電力制御推定部2251は、気象情報配信会社のサーバから、翌日などの日射量の予測データの配信を受けても良い。
このとき、消費電力の予測値を求める一例として、電力制御推定部108は、予測する日と同一季節の範囲における天候と温度とが所定の設定した範囲で近似している日を選択し、選択した日の消費電力を平均する計算を行い、この計算から得られた平均値を翌日の消費電力量とする。
次に、電力制御推定部2251は、電力制御地域1内における各需要家施設10Aの個別電力制御推定パターンを合成し、電力制御地域1全体における電力制御推定パターンを生成する。
ここで用いた電力制御地域1の過去電力制御推定パターン及び過去実績パターンは、推定を行う所定の日の前日、あるいは同一曜日の過去の近傍の日、あるいは前年の同一の季節、天候、曜日などが同一の日などのデータを用いる。
このとき、推定値補正部2252は、所定の日の電力制御地域1の過去電力制御推定パターンと電力制御地域1の過去実績パターンとにおける所定の時間間隔毎の差分を求めて、この差分に対応した補正値を、自給率が最も高くなるように、電力制御推定パターンの対応する時間の電力量に加算することで、電力制御推定パターンを補正する。
例えば、推定値補正部2252は、電力制御地域1の過去電力制御推定パターンと過去実績パターンとにおいて、蓄電池103に対する放電電力と系統電源からの充電電力とにおける差分を求める。説明を簡単にするため、太陽電池101が発電する電力の充電については省略して説明する。推定値補正部2252は、所定の日の過去電力制御推定パターンと過去実績パターンとにおける所定の時間間隔毎の放電電力と充電電力との差分を求める。
また、推定値補正部2252は、電力制御推定パターンにおいて、求めたシフト電力量を放電電力量のパターンに補正値として加算する。推定値補正部2252は、補正した翌日の補正電力制御推定パターンを、補正する前の電力制御推定パターンとともに記憶部2253に対して記憶させる。
また、このとき、推定値補正部2252は、第1の実施形態と同様に、前日ではなく、補正する対象の電力制御推定パターンに最も相似した所定の日の過去電力制御推定パターンを記憶部2253から読み出す構成としても良い。そして、推定値補正部2252は、各需要家施設10Aの過去電力制御推定パターンに対応する過去実績パターンも読み出し、これら所定の日の過去電力制御推定パターンと過去実績パターンとから電力量の差分を求める。
また、推定値補正部2252は、電力制御地域1内における蓄電池を有する需要家施設10A各々に対して、個別電力制御推定パターンにおける放電電力のパターンにおける放電電力量の割合に応じて、各需要家施設10Aに対してシフト電力量を振り分ける。推定値補正部2252は、この振り分けたシフト電力量により、各需要家施設10Aの個別電力制御推定パターンにおける放電電力のパターンを補正して、補正個別電力制御推定パターンを生成する。
電力制御装置200は、記憶部2253に書き込まれている補正電力制御推定パターンを読み出し、この補正電力制御推定パターンに基づいて、電力制御地域1内の需要家施設10Aの各々における蓄電池103の充放電、電力経路切替部105Aの切替、インバータ104の動作、パワーコンディショナ102の動作の制御を行い、負荷106に対して消費電力を供給する。また、電力制御装置200は、補正電力制御推定パターンの対応する1日が終了すると、負荷106の実際に消費した消費電力に対応した実績パターンを過去実績パターンとして、各需要家施設10Aの補正電力制御推定パターンに対応させて、所定の日の年月日とともに、記憶部2253に対して書き込んで記憶させる。ここで、各需要家施設10Aにおいて、施設別制御部107Aは、各負荷106で消費された消費電力、系統電源から供給された買電電力、太陽電池101が発電した発電電力の各々の電力量を、電力経路切替部105Aに設けられた電力センサにより、所定の時間間隔毎に計測して、上記実績パターンを生成し、電力制御装置200に対して送信する。
また、本実施形態においては、電力制御推定パターンを補正したシフト電力量を、補正したパターンの電力量に対応させて、各需要家施設10Aに振り分けて、需要家施設10Aの各々の個別電力制御推定パターンを補正し、補正個別電力制御推定パターンを生成し、各需要家施設10Aの電力制御を行っている。
これにより、本実施形態によれば、有効に、電力料金の損失が最小として、あるいは買電電力量が最小として、電力制御地域1における消費電力の自給率を向上させ、電力制御地域1内の各需要家施設10Aの電力制御の処理を行うことができる。
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。
Claims (14)
- 系統電源、蓄電池及び電力負荷における電力の供給と消費とを制御する電力制御システムであり、
所定の期間と比較する過去の前記推定結果である過去電力制御推定値と過去の実績である過去実績値との差分を求めて、当該差分に対応して所定の期間の推定結果である電力制御推定値をシフトさせて、当該電力制御推定値を補正する推定値補正部と、
前記推定値補正部の補正した前記電力制御推定値により、前記系統電源、前記蓄電池及び前記電力負荷における電力の供給と消費の管理を行う電力制御部と
を備えることを特徴とする電力制御システム。 - 前記推定値補正部が、前記過去電力制御推定値に対する前記過去実績値の所定の期間毎の差分を求めて、当該差分に基づく所定の評価値を満たすように、前記補正値を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の電力制御システム。 - 前記過去電力制御推定値及び前記過去実績値の各々が前記所定の期間を含む日の前日における値である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力制御システム。 - 前記過去電力制御推定値及び前記過去実績値の各々が前記所定の期間を含む日の過去の同一曜日における値である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力制御システム。 - 前記電力制御推定値が前記蓄電池に対する所定の期間毎の放電電力量である
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力制御システム。 - 発電装置がさらに備えられており、
前記電力制御推定値に前記発電装置の所定の期間毎の発電電力量からの蓄電池に対する充電電力量を含める
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力制御システム。 - 発電装置がさらに備えられており、
前記電力制御推定値が前記発電装置の所定の期間毎の発電電力量である
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力制御システム。 - 前記電力制御推定値が前記電力負荷の所定の期間毎の消費電力量である
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力制御システム。 - 前記電力制御推定値が前記系統電源からの所定の期間毎の買電電力量である
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力制御システム。 - 前記電力制御推定値が所定の期間毎における、前記蓄電池に対する充電電力量及び放電電力量、前記発電装置の発電電力量、前記電力負荷の消費電力量、前記系統電源からの買電電力量である
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電力制御システム。 - 電気設備の一つとして前記蓄電池及び前記電力負荷を備える需要家施設における電力の供給と消費との管理を行う
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電力制御システム。 - 前記設備の一つとして前記蓄電池及び前記電力負荷を備える需要家施設と、前記蓄電池を含まない他の需要家施設とを含んだグループにおける電力の供給と消費との管理を行う
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の電力制御システム。 - 系統電源、蓄電池及び電力負荷における電力の供給と消費とを制御する電力制御システムを制御する電力制御方法であり、
推定値補正部が、所定の期間と比較する過去の前記推定結果である過去電力制御推定値と過去の実績である過去実績値との差分を求めて、当該差分に対応して所定の期間の推定結果である電力制御推定値をシフトさせて、当該電力制御推定値を補正する推定値補正過程と、
電力制御部が、前記推定値補正部の補正した前記電力制御推定値により、前記系統電源、前記蓄電池及び前記電力負荷における電力の供給と消費の管理を行う電力制御過程と
を含むことを特徴とする電力制御方法。 - 系統電源、蓄電池及び電力負荷における電力の供給と消費とを制御する電力制御システムの動作をコンピュータに実行させるプログラムであり、
前記コンピュータを、
所定の期間と比較する過去の前記推定結果である過去電力制御推定値と過去の実績である過去実績値との差分を求めて、当該差分に対応して所定の期間の推定結果である電力制御推定値をシフトさせて、当該電力制御推定値を補正する推定値補正手段、
前記推定値補正手段の補正した前記電力制御推定値により、前記系統電源、前記蓄電池及び前記電力負荷における電力の供給と消費の管理を行う電力制御手段
して機能させるためのプログラム。
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