WO2011152512A1

WO2011152512A1 - 給電制御装置

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Publication number: WO2011152512A1
Application number: PCT/JP2011/062758
Authority: WO
Inventors: 花房　寛
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2011-12-08
Also published as: JP2013165534A

Abstract

　給電制御装置（１）は、自然エネルギーを利用して発電する発電機（４）と電力系統（３）とに接続されており、発電機（４）および電力系統（３）の少なくとも一方から電力を蓄電するとともに、負荷（２）に対して電力を供給する蓄電池（６）と、負荷（２）への給電を制御する制御部（７）とを備える。制御部（７）は、発電機（４）による単位時間当たりの発電量を予測する発電量予測部（８）と、負荷（２）の単位時間当たりの需要電力量を予測する需要電力量予測部（９）とを含み、発電量予測部（８）により予測した発電量と、需要電力予測部（９）により予測した需要電力量とを比較し、発電量が需要電力量よりも低い場合に、蓄電池（６）から負荷（２）に給電する。

Description

給電制御装置

　　本発明は、負荷への給電を制御する給電制御装置に関する。

　電力会社との間における使用可能な契約電力量は、施設や住宅等において、所定の期間における単位時間の最大需要電力量に基づいて決まる場合がある。図６は、あるユーザの１日の電力購入量を示すグラフである。なお、横軸は時間を、縦軸は電力購入量（ｋＷ）を示している。需要電力量は１日の内のある一定の時間帯、すなわち人が活動している昼間の時間帯において最も大きくなる。図６に示す例では、午前１０時頃に電力購入量が最大の約１８７ｋＷに達しており、契約電力量はこの１８７ｋＷに基づいて計算される。

　従来から、この昼間の最大需要電力量を低減するために、太陽電池等の自然エネルギーを利用した発電機を補助的に用いる技術が提案されている。図７は、太陽電池を用いた場合における、あるユーザの１日の電力購入量を示すグラフである。なお、横軸は時間を、縦軸は電力購入量（ｋＷ）を示している。需要電力量が大きくなるのは昼間の時間帯であるため、太陽電池を用いることにより、需要電力量の増加に伴う電力購入量の増加を抑制することができる。

　また、昼間の最大需要電力量を低減するために、電力系統からの電力を蓄電可能な蓄電池を用いる技術が提案されている。これは、電気料金の安い深夜時間帯に電力系統から電力を蓄電しておき、需要電力量が大きくなる時間帯に蓄電池から放電することにより、昼間の最大需要電力量を低減するものである。

　しかしながら、自然エネルギーを利用した発電機は、自然の状態により発電量が大きく変動する。例えば、太陽電池を用いた場合には、晴れた日であっても雲の影響を受けて発電量が変動する。そのため、図７に示すように、雲により太陽電池への日射が遮られた場合には、太陽電池による発電量が減少し、それを補うために電力系統からの電力購入量が増加する。そのため、自然エネルギーを利用した発電機を用いた場合には、最大需要電力量を大幅に低減させることは難しい。

　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、最大需要電力量を低減させる給電制御装置を提供することである。

　本発明の給電制御装置は、上記課題を解決するために、自然エネルギーを利用して発電する発電部と電力系統とに接続されており、発電部および電力系統の少なくとも一方から電力を蓄電するとともに、所定の負荷に対して電力を供給する蓄電部と、負荷への給電を制御する制御部とを備え、制御部は、発電部による単位時間当たりの発電量を予測する発電量予測部と、負荷の単位時間当たりの需要電力量を予測する需要電力量予測部とを含み、発電量予測部により予測した発電量と、需要電力予測部により予測した需要電力量とを比較し、発電量が需要電力量よりも低い場合に、蓄電部から前記負荷に給電することを特
徴としている。

　また、本発明の給電制御装置は、自然エネルギーを利用して発電する発電部と電力系統とに接続されており、発電部および電力系統の少なくとも一方から電力を蓄電するとともに、所定の負荷に対して電力を供給する蓄電部と、負荷への給電を制御する制御部とを備え、制御部は、発電部による単位時間当たりの発電量を予測する発電量予測部と、負荷の単位時間当たりの需要電力量を予測する需要電力量予測部とを含み、需要電力量予測部により予測した需要電力量が所定の閾値を超えない場合には、電力系統から負荷に給電し、需要電力量予測部により予測した需要電力量が閾値を超える場合には、閾値を超えた電力
量が、発電量予測部により予測した発電量よりも小さいときは、電力系統および発電部から負荷に給電し、予測した発電量よりも大きいときは、電力系統、発電部および蓄電部から負荷に給電すること特徴としている。

　また、本発明の給電制御装置は、所定の負荷への給電を制御する給電制御装置であって、自然エネルギーを利用して発電する発電部および電力系統の少なくとも一方から電力が蓄電される蓄電部の充放電を制御するとともに、負荷への給電を制御する制御部を備え、制御部は、発電部による単位時間当たりの発電量を予測する発電量予測部と、負荷の単位時間当たりの需要電力量を予測する需要電力量予測部とを含み、発電量予測部により予測した発電量と、需要電力予測部により予測した需要電力量とを比較し、発電量が需要電力量よりも低い場合に、蓄電部より前記負荷に対して放電することを特徴としている。

　本発明の給電制御装置は、負荷の需要電力量を、発電部および蓄電部により安定して賄うことが可能である。

本発明の給電制御装置の機能を示す機能ブロック図である。給電制御装置の動作を示すフローチャートである。給電制御装置による制御を行った場合における、あるユーザの１日の電力購入量を示すグラフである。発電機および蓄電池の電力供給の内訳を示すグラフである。本発明の給電制御装置の変形例を示す機能ブロック図である。あるユーザの１日の電力購入量を示すグラフである。太陽電池を用いた場合における、あるユーザの１日の電力購入量を示すグラフである。

　（給電制御装置１の構成）
　本発明に係る給電制御装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は給電制御装置１の機能を示す機能ブロック図である。

　給電制御装置１は、負荷２と、電力系統３と、発電機４とに接続されている。給電制御装置１は、記憶部５と、蓄電池６と、制御部７とを備える。給電制御装置１は、電力系統３、発電機４および蓄電池６から負荷２への給電を制御するものである。

　負荷２は、施設や住宅等に設置されている電力を消費する機器であり、例えば、住宅で用いられる冷蔵庫やエアコン等が挙げられる。発電機４は、自然エネルギーを利用して発電する発電機であり、例えば、太陽光、風力、水力等の自然エネルギーを利用したものが挙げられる。

　記憶部５には、所定の閾値および需要電力量予測テーブルが記憶されている。所定の閾値は、電力会社との間における使用可能な契約電力量に応じて決定されたものである。需要電力量予測テーブルとは、過去の日時とその日時における負荷２の需要電力量とが関連付けられたものである。なお、記憶部５は、本実施形態では給電制御装置１内部に設けられているが、給電制御装置１の外部に設けられており、有線または無線により接続されていてもよい。

　蓄電池６は、給電制御部１３および充放電制御部１４を介して電力系統３および発電機４に接続されており、電力系統３および発電機４から供給された電力を蓄電する。蓄電池６としては、自然放電が少なく、充放電効率の高い２次電池（例えば、リチウムイオン蓄電池、ニッケル水素蓄電池等）が用いられる。また、蓄電池６の電圧は高いほど安全設計が重要になることから、蓄電池６の電圧は低いことが望まれる。なお、蓄電池６の公称電圧（充電電圧）は、発電機４の公称最大出力動作電圧よりも低くなるように選択され、特に７０％以上９０％以下となるように選択されることが望ましい。

　なお、蓄電池６は、電気料金の安い深夜時間帯に電力系統３から蓄電されており、発電機４により発電された電力であって、負荷２への給電に用いられない電力も蓄電されている。本実施形態では、蓄電池６は常に十分な蓄電量を保持しているものとして説明する。

　制御部７は、電力系統３、発電機４および蓄電池６から負荷２への給電経路を決定し、負荷２への給電を制御するものである。制御部７は、発電量予測部８と、需要電力量予測部９と、閾値比較部１０と、データ比較部１１と、給電経路決定部１２と、給電制御部１３と、充放電制御部１４とを含んでいる。

　発電量予測部８は、発電機４の所定時間後の単位時間当たりの発電量を予測した発電量予測データを作成する。発電量予測データとは、例えば、衛星により撮影した映像データに基づき、所定時間後の単位時間当たり（例えば、１０分間）の発電機４の発電量を予測したデータである。具体的には、発電機４として太陽電池を用いた場合は、衛星の映像データから発電機４が位置する場所の雲の動きを予測することにより所定時間後の発電機４への日射量を予測し、発電機４の発電量を予測する。このとき、発電機４の現在の発電量を考慮しながら予測することが望ましい。発電量予測部８は、所定時間毎に発電量予測デ
ータを作成する。

　需要電力量予測部９は、負荷２の所定時間後の単位時間当たり（例えば、１０分間）の需要電力量を予測した需要電力量予測データを作成する。具体的には、需要電力量予測部９は、記憶部５から需要電力量予測テーブルを取得し、予測したい時期・時刻と同時期・同時刻の需要電力量予測テーブルを参照して、負荷２の需要電力量を予測する。このとき、負荷２の現在の需要電力量を考慮しながら予測することが望ましい。需要電力量予測部９は、所定時間毎に需要電力量予測データを作成する。

　閾値比較部１０は、需要電力量予測部９により予測された需要電力量が、電力会社との間における使用可能な契約電力量を超えるかどうかを判断する。具体的には、閾値比較部１０は、需要電力量予測部９により予測された需要電力量と、記憶部５に記憶された所定の閾値とを比較する。そして、閾値比較部１０は、予測された需要電力量が所定の閾値を超えると判断した場合には、その結果をデータ比較部１１に送信し、予測された需要電力量が所定の閾値を超えないと判断した場合には、その結果を給電経路決定部１２に送信する。

　データ比較部１１は、予測された需要電力量が所定の閾値を超えるという判断結果を閾値比較部１０から受信した場合、予測された需要電力量のうち所定の閾値を超えた電力量（以下、超過電力量）が、発電量予測部８により予測された発電量を超えるかどうかを判断する。具体的には、データ比較部１１は、超過電力量と、発電量予測部８から取得した発電量予測データとを比較し、その結果を給電経路決定部１２に送信する。

　給電経路決定部１２は、閾値比較部１０およびデータ比較部１１から受信した結果に基づき、電力系統３、発電機４および蓄電池６から負荷２への給電経路を決定する。

　具体的には、給電経路決定部１２は、予測された需要電力量が所定の閾値を超えていないという判断結果を閾値比較部１０から受信した場合は、給電経路を電力系統３と決定する。また、給電経路決定部１２は、超過電力量が予測された発電量を超えていないという判断結果をデータ比較部１１から受信した場合は、給電経路を電力系統３および発電機４と決定する。また、給電経路決定部１２は、超過電力量が予測された発電量を超えているという判断結果をデータ比較部１１から受信した場合は、給電経路を電力系統３、発電機４および蓄電池６と決定する。

　給電制御部１３は、給電経路決定部１２の決定に基づき、給電経路の切り替えおよび給電量の制御を行う。充放電制御部１４は、給電制御部１３からの指示に基づき、蓄電池６への充放電を制御する。

　（給電制御装置１の動作）
　次に、給電制御装置１の制御方法について、図２を参照して説明する。図２は、給電制御装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

　まず、需要電力量予測部９は、記憶部５に記憶されている需要電力量予測テーブルを参照して、負荷２の所定時間後の単位時間当たり（例えば、１０分間）の需要電力量を予測した需要電力量予測データを作成する（Ｓ１）。

　次に、閾値比較部１０は、需要電力量予測部９から需要電力量予測データを取得するとともに、予測された需要電力量と記憶部５に記憶されている所定の閾値とを比較する（Ｓ２）。ここで、所定の閾値とは、電力会社との間における使用可能な契約電力量を指す。

　閾値比較部１０は、予測された需要電力量が所定の閾値よりも小さいと判断した場合（Ｓ２でＮｏ）、その判断結果を給電経路決定部１２に送信する。給電経路決定部１２は、閾値比較部１０の判断結果に基づき、負荷２への給電経路を電力系統３からと決定し、その結果を給電制御部１３に送信する（Ｓ３）。給電制御部１３は、給電経路決定部１２の結果に基づき、電力系統３から負荷２に給電する（Ｓ４）。

　また、閾値比較部１０は、需要電力量予測データが所定の閾値よりも大きいと判断した場合（Ｓ２でＹｅｓ）、その判断結果をデータ比較部１１に送信する。データ比較部１１は、予測された需要電力量のうち所定の閾値を超えた分の電力量（以下、超過電力量）と発電量予測部８から取得した予測された発電量とを比較し（Ｓ５）、その判断結果を給電経路決定部１２に送信する。

　給電経路決定部１２は、超過電力量が予測された発電量よりも小さいという判断結果をデータ比較部１１から受信した場合には（Ｓ５でＮｏ）、負荷２への給電経路を電力系統３および発電機４からと決定し、その結果を給電制御部１３に送信する（Ｓ６）。給電制御部１３は、給電経路決定部１２の結果に基づき、電力系統３および発電機４から負荷２に給電する（Ｓ７）。

　また、給電経路決定部１２は、超過電力量が予測された発電量よりも大きいという判断結果をデータ比較部１１から受信した場合には（Ｓ５でＹｅｓ）、負荷２への給電経路を電力系統３、発電機４および蓄電池６からと決定し、その結果を給電制御部１３に送信する（Ｓ８）。給電制御部１３は、給電経路決定部１２の結果に基づき、電力系統３、発電機４および蓄電池６から負荷２に給電する（Ｓ９）。

　なお、発電量予測部８および需要電力量予測部９は、所定時間毎に所定時間後の単位時間当たりの発電量および需要電力量を予測していく。そのため、給電制御装置１は、所定時間毎にＳ１～Ｓ９の動作を繰り返す。

　（効果）
　以下に、本発明の給電制御装置１の効果について、図３および図４を参照して説明する。図３は、給電制御装置１による制御を行った場合の電力購入量を示すグラフである。図４は、発電機４および蓄電池６の電力供給の内訳を示すグラフである。なお、図３および図４において、横軸は時間を、縦軸は電力購入量（ｋＷ）を示している。また、図４において、蓄電池６におけるプラス値は放電を、マイナス値は充電を示している。

　（１）給電制御装置１は、自然エネルギーを利用して発電する発電機４と電力系統３とに接続されており、発電機４および電力系統３から電力を蓄電する蓄電池６と、負荷２への給電を制御する制御部７とを備え、制御部７は、発電機４の単位時間当たりの発電量を予測する発電量予測部８と、負荷２の単位時間当たりの需要電力量を予測する需要電力量予測部９とを含み、予測した発電機４の発電量が予測した負荷２の需要電力量よりも低い場合に、蓄電池６から負荷２に給電する。

　これにより、発電機４の発電量が一時的に低下して、発電機４だけでは負荷２の需要電力を賄うことができない場合でも、蓄電池６から放電することにより発電機４の出力の低下分を補うことができる。給電制御装置１では、単位時間当たりの発電機４の発電量と、単位時間当たりの負荷２の需要電力量とを比較しているため、単位時間を例えば１０分のように短く設定すれば、より確実な制御が可能となる。すなわち、給電制御装置１では、負荷２の需要電力量を、発電機４および蓄電池６により安定して賄うことが可能である。

　（２）制御部７は、需要電力量予測部９により予測した需要電力量が所定の閾値を超えない場合には、電力系統３から負荷２に給電し、需要電力量予測部９により予測した需要電力量が閾値を超える場合には、閾値を超えた電力量が、発電量予測部８により予測した発電量よりも小さいときは、電力系統３および発電機４から負荷２に給電し、予測した発電量よりも大きいときは、電力系統３、発電機４および蓄電池６から負荷２に給電する。

　これにより、図３および図４に示すように、負荷２の需要電力量が増加した場合に、電力系統３から所定の閾値（電力会社との間の契約電力量）を超えた量の電力を購入することなく、発電機４および蓄電池６からの電力で賄うことができる。その結果、給電制御装置１では、負荷２の需要電力量の増加に伴う電力系統３からの電力購入量の増加を抑制することができる。

　（３）発電量予測部８は、衛星から発電機４が位置する場所の映像データを取得して発電量予測データを作成する。これにより、発電量予測データを作成する外部ソースがなくとも、給電制御装置１だけで発電機４の発電量を予測することができ、負荷２への給電を適切に制御することが可能である。

　以上のように、給電制御装置１の構成について説明してきたが、本発明の給電制御装置は上述した構成に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。

　（変形例）
　以下に、給電制御装置の変形例及びその効果について説明する。

　（ａ）給電制御装置１では、発電量予測部８は衛星から発電機４が位置する場所の映像データを取得して発電量予測データを作成する構成であるが、本発明はこれに限られない。例えば、イメージセンサで所定時間内の雲の動きを観測し、観測データに基づいて発電量予測データを作成する構成であってもよい。ここで所定時間とは、例えば１時間である。さらに、発電量予測データを作成する外部ソースがあり、そこから、無線もしくは有線の通信ネットワークを介して発電量予測データを取得する構成であってもかまわない。この場合、発電量予測部８を設ける必要がないため、部品点数を低減することができ、装置全体を小型化することが可能である。

　（ｂ）給電制御装置１では、まず負荷２の予測された需要電力量と所定の閾値（電力系統３の契約電力量）とを比較する構成であるが、本発明はこれに限られない。本発明の給電制御装置は、まず負荷２の予測された需要電力量と発電機４の予測された発電量とを比較する構成であってもよい。この場合、予測された需要電力量が予測された発電量よりも大きいと判断された場合には、さらに蓄電池６から負荷２に給電する。さらに、負荷２の予測された需要電力量が発電機４の予測された発電量および蓄電池６の蓄電量よりも大きいと判断された場合には、超過電力量分を電力系統３から負荷２に給電する。

　このように、電力系統３からの負荷２への電力供給を、発電機４および蓄電池６からの電力供給よりも後にすることにより、電力系統３からの電力購入量を最小限に抑えることが可能である。

　（ｃ）給電制御装置１では、蓄電池６が装置の内部に設けられた構成であるが、本発明はこれに限られない。図５は、本発明の給電制御装置の変形例を示す機能ブロック図である。本発明の給電制御装置では、図５に示すように、蓄電池６が装置の外部に設けられていてもよい。この場合、給電制御装置は蓄電池６を備えていないため、装置全体を小型化することが可能である。

　（ｄ）給電制御装置１では、需要電力量予測部９は、過去の日時とその日時における負荷２の需要電力量とが関連付けられた需要電力量予測テーブルに基づいて、負荷２の単位時間当たりの需要電力量を予測しているが、本発明はこれに限られない。例えば、ユーザが１日の負荷２を利用する時間および利用量を予め設定しておくことにより、需要電力量予測部９が需要電力量予測データを作成する構成であってもよいし、需要電力量予測部９が外部から同一の負荷２を有する場合の平均的な需要電力量予測データを取得する構成であってもよい。

　本発明に係る給電制御装置は、自然エネルギーを利用する発電機を用いる給電装置の制御に利用できる。

　１　給電制御装置、２　負荷、３　電力系統、４　発電機、５　記憶部、６　蓄電池、７　制御部、８　発電量予測部、９　需要電力量予測部、１０　閾値比較部、１１　データ比較部、１２　給電経路・給電量決定部、１３　給電制御部、１４　充放電制御部。

Claims

　自然エネルギーを利用して発電する発電部と電力系統とに接続されており、前記発電部および前記電力系統の少なくとも一方から電力を蓄電するとともに、所定の負荷に対して電力を供給する蓄電部と、
　前記負荷への給電を制御する制御部とを備え、
　前記制御部は、
　前記発電部による単位時間当たりの発電量を予測する発電量予測部と、
　前記負荷の単位時間当たりの需要電力量を予測する需要電力量予測部とを含み、
　前記発電量予測部により予測した発電量と、前記需要電力予測部により予測した需要電力量とを比較し、発電量が需要電力量よりも低い場合に、前記蓄電部から前記負荷に給電することを特徴とする給電制御装置。
　自然エネルギーを利用して発電する発電部と電力系統とに接続されており、前記発電部および前記電力系統の少なくとも一方から電力を蓄電するとともに、所定の負荷に対して電力を供給する蓄電部と、
　前記負荷への給電を制御する制御部とを備え、
　前記制御部は、
　前記発電部による単位時間当たりの発電量を予測する発電量予測部と、
　前記負荷の単位時間当たりの需要電力量を予測する需要電力量予測部とを含み、
　前記需要電力量予測部により予測した需要電力量が所定の閾値を超えない場合には、前記電力系統から前記負荷に給電し、
　前記需要電力量予測部により予測した需要電力量が前記閾値を超える場合には、前記閾値を超えた電力量が、前記発電量予測部により予測した発電量よりも小さいときは、前記電力系統および前記発電部から前記負荷に給電し、予測した発電量よりも大きいときは、前記電力系統、前記発電部および前記蓄電部から前記負荷に給電すること特徴とする給電制御装置。
　前記発電量予測部は、前記発電部が存在する地点を撮影した映像に基づいて、前記発電部の単位時間当たりの発電量を予測することを特徴とする請求項１または２に記載の給電制御装置。
　前記発電量予測部は、前記発電部による単位時間当たりの発電量を予測した発電量予測データを外部から取得することを特徴とする請求項１または２に記載の給電制御装置。
　前記制御部は、前記需要電力量予測部により予測した需要電力量が前記閾値を超えない場合には、前記発電部で発電した電力を前記蓄電部に蓄電することを特徴とする請求項２に記載の給電制御装置。
　前記発電量予測部および前記需要電力量予測部は、所定時間毎に単位時間当たりの予測を行うことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の給電制御装置。
　前記需要電力量予測部は、前記負荷の過去の日時と需要電力量とを関連付けた需要電力量予測テーブルを参照して、前記負荷の単位時間当たりの需要電力量を予測することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の給電制御装置。
　前記所定の閾値は、電力会社との契約電力量に応じて決定されることを特徴とする請求項２に記載の給電制御装置。
　所定の負荷への給電を制御する給電制御装置であって、
　自然エネルギーを利用して発電する発電部および電力系統の少なくとも一方から電力が蓄電される蓄電部の充放電を制御するとともに、前記負荷への給電を制御する制御部を備え、
　前記制御部は、
　前記発電部による単位時間当たりの発電量を予測する発電量予測部と、
　前記負荷の単位時間当たりの需要電力量を予測する需要電力量予測部とを含み、
　前記発電量予測部により予測した発電量と、前記需要電力予測部により予測した需要電力量とを比較し、発電量が需要電力量よりも低い場合に、前記蓄電部より前記負荷に対して放電することを特徴とする給電制御装置。