WO2012057307A1 - 電力管理用の制御装置 - Google Patents
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- Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
Definitions
- the present invention relates to a control device for power management, and more particularly to a control device for power management that includes a power storage device and suppresses excess power of a load.
- Electricity charges are calculated based on the maximum contract power set with the electric power company.
- the required power may exceed the contracted maximum power. For example, a factory may consume a lot of power during the daytime operating hours. For excess power exceeding the contract maximum power, the price will be higher. In order to suppress excess power, so-called peak cut may be performed.
- Patent Document 1 describes that a power bus line, a storage battery, and a load can be selectively connected as a power control method.
- the power from the power bus line is supplied to the load, the storage battery is charged with the power from the power bus line, and if the storage battery is sufficiently charged, the battery is placed in a dischargeable state, and the power from the power bus line is It is stated that the power from the storage battery is supplied to the load for the shortage of supply. In this way, it is stated that if the breaker is switched so that power is supplied from both the power bus line and the storage battery to the load, so-called peak cut such as charging at night and supplying power during the day can be performed. .
- the power storage device can be used to charge the load when the power consumption of the load is low, discharge the stored power during the time when the power consumption of the load is high, and level the power supplied from the external commercial power It is valid.
- An object of the present invention is to provide a control device for power management that can suppress the occurrence of excess power of a load.
- a control device for power management includes a charge / discharge command generation unit that generates a charge / discharge control command for a power storage device, and load-side information data related to the required power status of the load, and a predicted transition of required power
- the amount of power stored in the power storage device is calculated by charging the power storage device, which is necessary for the amount of stored power that changes from the initial amount of stored power to exceed the predicted transition in excess power.
- the initial power storage plan creation unit for creating an initial power storage plan for the power storage device based on the calculated charging power value, and the load-side information data at a predetermined plan review time point Based on this, obtain the transition value of the actual power consumption of the load, correct the transition prediction value of the excess power and the transition prediction value of the excess power, and the forecast of the transition of the corrected excess power Based on the value, modify the initial power storage plan by correcting the charge power value required for the stored power amount to be larger than the predicted transition value of the excess power amount within the range of the rated charge power value.
- a correction unit for the storage plan for creating an initial power storage plan for the power storage device based on the calculated charging power value, and the load-side information data at a predetermined plan review time point Based on this, obtain the transition value of the actual power consumption of the load, correct the transition prediction value of the excess power and the transition prediction value of the excess power, and the forecast of the transition of the corrected excess power Based on the value, modify the initial power storage plan by correcting the charge power value required for the stored
- a control device for power management is predetermined for a power converter command generation unit for generating a power converter start command and an operation stop command for charging and discharging a power storage device, and a power converter.
- a command output unit of a power converter that outputs a start command at an arbitrary time and outputs an operation stop command at the end time of at least one of the charge plan and the discharge plan included in the charge / discharge plan of the power storage device; Prepare.
- the control device for power management calculates the required charging power value of the power storage device so that the stored power amount is larger than the predicted transition value of the excess power amount, and determines the initial power storage plan for the power storage device. create. Then, at the time of reviewing the plan, the power storage plan of the power storage device is corrected based on the actual transition value of power consumption. By repeating this, it is possible to perform detailed charge / discharge management for one day, and thus it is possible to suppress the occurrence of excess power.
- control device for power management outputs an operation stop command for the power converter that charges and discharges the power storage device at the end time of at least one of the charge plan and the discharge plan included in the charge / discharge plan. Thereby, the power consumption of the power converter can be suppressed.
- FIG. 3 is a flowchart illustrating correction of a charge / discharge plan on a scheduled date, following FIG. 2.
- FIG. 5 is a diagram showing the excess power in FIG. 4 in association with the passage of time in a day.
- FIG. 9 is a diagram for predicting an actual excess power transition from the actual power transition of FIG. 8.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which the amount of stored power is corrected so as to compensate for the transition prediction of excess power in FIG.
- it is a figure explaining the timing at which the starting command with respect to a power converter and the operation stop command are output.
- FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the factory facility 100.
- the factory facility 100 includes a power management system 102, a storage battery assembly 104, a solar power generation system 106, an external commercial power source 108, and a factory 110.
- the factory 110 includes loads such as general lighting, general air conditioning, kitchen appliances, office equipment, and factory air conditioning, and a power management apparatus 110a.
- the solar power generation system 106 and the external commercial power source 108 are power sources for the factory facility 100.
- the photovoltaic power generation system 106 is a photoelectric conversion module.
- the external commercial power source 108 is a single-phase or three-phase AC power source, and is combined with power generated by various power generation methods such as hydroelectric power generation, nuclear power generation, and thermal power generation in accordance with fluctuations in power supply and demand. Supplied by a power company.
- the storage battery assembly 104 is a power storage device that combines a large number of lithium ion storage batteries to obtain a desired storage capacity. For example, a plurality of unit storage batteries are combined into a storage battery pack, a plurality of storage battery packs are combined into a storage battery unit, and a plurality of storage battery units are combined into one storage battery assembly 104.
- the power management device 110 a includes a load power management device 10 that manages the power status of the load, a storage battery power management device 12 that manages the power status of the storage battery assembly, and a total power monitoring device 14.
- the load power management apparatus 10 acquires and manages information data on the load side regarding the power status of the load of the factory 110.
- the load-side information data includes not only actual power consumption information of the load of the factory 110 but also future operation plan information.
- the information data on the load side is, for example, actual transition value data of the required power of the load associated with the passage of time of the day, and predicted transition value of the required power of the load according to the operation plan.
- the information data S9 on the load side is transmitted to the total power monitoring device 14.
- the storage battery power management device 12 acquires and manages information data on the storage battery side such as SOC (State Of Charge) related to the voltage, temperature, current, and stored energy of the storage battery assembly 104.
- the information data on the storage battery side includes not only the charging power, discharging power, and SOC results information so far, but also future charging power and discharging power plan information.
- the information data on the storage battery side is, for example, the actual transition value data of the SOC associated with the passage of time of the day, the transition predicted value of the charging power and the discharging power according to the operation plan.
- Information data on the storage battery side is transmitted to the total power monitoring device 14.
- the power related information of the factory facility 100 includes information data related to the generated power of the solar power generation system 106 and information data related to the power supplied from the external commercial power supply 108. If these are the supply power information data, the supply power information data is acquired and managed by the load power management apparatus 10 as the power supplied to the load. However, another power management device may be newly provided, and information data on supply power may be acquired and managed there.
- the total power monitoring device 14 transmits power management information S8 to the system controller 20.
- the power management information S8 includes load side information data S9 and storage battery side information data.
- the power management system 102 performs optimal charge / discharge control of the storage battery assembly 104 based on the load side information data and the storage battery side information data.
- the power management system 102 includes a system controller 20, a master controller 22, a sub-controller 24, a power converter management unit 26, a power converter 28, and a switch circuit 30.
- the power converter 28 is under the management of the power converter management unit 26.
- the switch circuit 30 is under the control of the sub-controller 24.
- a thick solid line indicates the flow of electric power.
- the switch circuit 30 is connected and disposed between the power converter 28 and the storage battery assembly 104 in the power flow.
- thin solid arrows in FIG. 1 indicate the flow of signals.
- S1 to S9 indicate signal types.
- the system controller 20 is a control device for power management, receives the power management information S8 from the total power monitoring device 14, and creates a specific charge / discharge plan.
- the system controller 20 includes a charge / discharge command generation unit that generates a charge / discharge control command for the storage battery assembly 104 that is a power storage device in accordance with the created charge / discharge plan.
- the generated charge / discharge control command is transmitted from the system controller 20 to the master controller 22 as the entire charge / discharge control command S1.
- the system controller 20 can be configured by a computer suitable for planning.
- the system controller 20 creates a charge / discharge plan so as to perform optimum charge / discharge control of the storage battery assembly 104 based on the load side information data and the storage battery side information data included in the power management information S8.
- the charge / discharge plan is to charge-control the storage battery assembly 104 using the power of the solar power generation system 106 and the external commercial power supply 108 in accordance with the power status of the load and the state of the storage battery assembly 104.
- the charge / discharge plan is created so that the required power of the load does not exceed the target maximum power.
- the system controller 20 reviews the charge / discharge plan at the time of review of a predetermined time interval.
- These functions can be realized by software. Specifically, the functions can be realized by the system controller 20 executing programs corresponding to these functions. Some of these functions may be realized by hardware. The creation and review of the charge / discharge plan will be described later.
- the master controller 22 transmits the aggregate charge / discharge control command S5 to the management unit 26 of the power converter based on the entire charge / discharge control command S1.
- Aggregate charge / discharge control command S ⁇ b> 5 is a charge / discharge control command for power converter 28.
- the system controller 20 transmits the entire charge / discharge control command S1 when necessary, that is, at an arbitrary timing.
- the master controller 22 transmits a life / death confirmation signal S2 to the system controller 20 at an appropriate period to confirm whether or not the system controller 20 is operating.
- the power converter management unit 26 manages the operation of one or more power converters 28 based on the assembly charge / discharge control command S5.
- the power converter 28 converts the power between the AC power of the external commercial power supply 108 and the DC power of the storage battery assembly 104, or the voltage conversion between the voltage of the photovoltaic power generation system 106 and the voltage of the storage battery assembly 104, Alternatively, voltage conversion between the voltage of the storage battery assembly 104 and the voltage of the load is performed.
- the power converter 28 is a converter such as a bidirectional AC / DC converter or a bidirectional DC / DC converter, and the type of the converter is selected according to the content of the conversion that is actually performed.
- the management unit 26 of the power converter transmits information indicating a malfunction of the power converter 28 to the master controller 22 as management data S4 of the power converter.
- the master controller 22 transmits management data S7 of the power converter having the same content as the management data S4 of the power converter to the power management device 12 of the storage battery.
- the sub-controller 24 performs charge / discharge control of the storage battery units constituting the storage battery assembly 104.
- the sub controller 24 is provided for each storage battery unit.
- the sub-controller 24 obtains the voltage, current, and temperature data of the storage battery unit, and based on those data, detects a defective storage battery pack among the plurality of storage battery packs constituting the storage battery unit, and uses this.
- a process of disconnecting from the power converter 28 is performed. To disconnect the storage battery pack from the power converter 28, the switch of the switch circuit 30 disposed between the storage battery pack and the power converter 28 is opened.
- the sub-controller 24 transmits unit state data S3, which is state data of the storage battery unit, to the master controller 22, and transmits unit state data S6 having the same contents as the unit state data S3 to the power management device 12 of the storage battery.
- FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for creating an initial charge / discharge plan for suppressing the occurrence of excess power.
- FIG. 3 is a flowchart for explaining a procedure for sequentially correcting the charge / discharge plan on the scheduled date.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which excess power is generated by showing power consumption, self-contained power, and necessary power in association with the passage of time of one day.
- FIG. 5 is a diagram showing excess power associated with the passage of time in a day.
- FIG. 6 is a diagram for explaining an initial charging plan of the power storage device for suppressing excess power.
- FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for calculating charging power capable of suppressing excess power.
- FIG. 8 to FIG. 10 are diagrams showing the state on the scheduled date, and correspond to FIG. 4 to FIG.
- FIG. 2 and FIG. 3 are flowcharts showing procedures for suppressing excess power as described above, and these procedures can be realized by the system controller 20 executing a corresponding program.
- the corresponding program is a program for creating an excess power suppression plan in the power management comprehensive program.
- the scheduled date is the date on which excess power is to be suppressed.
- the transition of power consumption on the scheduled date is predicted on the date and time before the scheduled date.
- the scheduled date may be the day after the date on which the transition of power consumption on the scheduled date is predicted.
- the transition prediction of power consumption is a prediction of the momentary change associated with the time passage of the day for the power consumed by the load in the factory 110.
- the simplest prediction is to use the actual result data of the same date as the power consumption on the scheduled date of the factory 110 as the prediction result.
- performance data can be stored in the load power management apparatus 10 as load-side information data, and can be read out.
- FIG. 4 shows a state of the transition prediction characteristic line 40 of the power consumption thus obtained.
- the horizontal axis is the time of the day, and the vertical axis is the power value.
- the power consumption shows the highest value from around 12:00 to around 17:00, and the lowest value around 00:00 to around 6:00.
- a transition prediction of self-sufficiency power on the scheduled date is performed (S12).
- Self-supplied power is power supplied from a power source owned by the factory facility 100 other than the external commercial power source 108.
- the electric power from the photovoltaic power generation system 106 corresponds to self-supplied electric power.
- the self-sufficiency power transition prediction can also use the actual data of the same date as the power supply situation of the factory facility 100 on the scheduled date as the prediction result. Since the self-sufficient power is derived from solar power generation, it is necessary to use actual data of the day with similar sunshine conditions. Therefore, with reference to data such as weather forecasts, the actual data of photovoltaic power generation on the same day as the sunshine condition on the scheduled date is read from the power management apparatus 10 of the load.
- FIG. 4 shows the transition prediction characteristic line 42 of the photovoltaic power thus obtained. As shown here, the maximum value of solar power is about noon.
- the required power transition on the scheduled date is predicted (S14).
- FIG. 4 shows a required power transition prediction characteristic line 44 calculated in this manner.
- the peak power consumption can be achieved by using the photovoltaic power generation.
- the value can be quite low. That is, the use of photovoltaic power is an effective means for peak cut of power consumption.
- FIG. 4 shows a contract power characteristic line 46. If solar power is not used, the required power is equal to the power consumption. Therefore, in the example of FIG. 4, excess power is generated from around 7 o'clock to around 23 o'clock. In this factory facility, it is assumed that such contract power is negotiated in consideration of the use of photovoltaic power generation and the storage power of the storage battery assembly 104 that is a power storage device. There is no excess power in the time zone.
- the portion where the required power transition prediction characteristic line 44 exceeds the contracted power characteristic line 46 is indicated by hatching.
- the power in the shaded area is associated with the passage of time of the day, and the transition prediction characteristic line 48 of the excess power is shown in FIG.
- the horizontal axis in FIG. 5 is the time of day, and the vertical axis is the excess power value, but the scale is enlarged from FIG.
- the transition prediction characteristic line 48 of the excess power appears between about 11:00 and 19:00.
- transition prediction of excess power is performed based on transition prediction of excess power (S18).
- the transition prediction of the excess power amount can be performed by integrating the excess power value with time. Since the excess power transition prediction characteristic line 48 is a function between the excess power value and time, the function form obtained by integrating the excess power transition prediction characteristic line 48 shown in FIG. 5 with time shows the transition of the excess power amount. It becomes the characteristic line shown.
- the processing procedure of S18 is executed by the transition prediction unit of the excess power amount of the system controller 20.
- FIG. 6 shows a transition prediction characteristic line 50 of the excess power obtained in this way.
- the transition prediction characteristic line 48 of excess power excess power is generated between about 11:00 and 19:00. Therefore, the transition prediction characteristic line 50 of the excess power amount also shows the value of energy from about 11:00.
- the characteristic line becomes the maximum value of the electric energy at around 19:00.
- a maximum value of the excess power amount as C 1.
- FIG. 7 shows the initial charge / discharge plan by calculating the charge power for suppressing the excess power and ensuring that the amount of power stored in the power storage device is sufficient in advance so that excess power does not occur throughout the day. It is a flowchart which shows the procedure to perform. Each processing procedure in FIG. 7 is executed by the initial power storage plan creation unit of the system controller 20.
- the initial stored power amount C 0 of the power storage device on the scheduled date is determined, and this is compared with the maximum value C 1 of the excess power amount to determine the magnitude (S30).
- the estimated stored power amount at 0:00 is used as the initial stored power amount C 0 .
- This estimated storage capacity is assumed to be equal to the measured value of the storage capacity the day before the scheduled date.
- the actual value of the initial stored power amount at 0:00 is equal to the estimated stored power amount at 0:00, which is the starting time of the scheduled date.
- the actual measurement value of the stored power amount that is past the scheduled date can be obtained by reading the stored power amount of the storage battery assembly 104 that is the power storage device from the power management device 12 of the power storage device.
- C 1 is multiplied by a coefficient ⁇ to compare ⁇ C 1 and C 0 .
- ⁇ is a value of 1 or more, and an empirically determined value can be used from the actual fluctuation of the past power consumption transition.
- C 0 may be divided by ⁇ .
- the calculated discharge power value is less than or equal to the rated discharge power value of the power storage device (S34).
- the rated discharge power value is determined from the specifications of the power storage device.
- the calculated discharge power value of S32 is set as the planned discharge value (S46).
- the charging time can be determined by the charging start time and the charging end time.
- the charging power value depends on the charging time.
- the charging start time and charging end time can be determined in consideration of the operation plan of the factory facility 100 on the scheduled date.
- the charging time is thus determined and the charging power value is calculated, it is determined whether or not the calculated charging power value is less than or equal to the rated charging power value of the power storage device (S42).
- the rated charge power value is determined from the specifications of the power storage device.
- the charging power value may be changed according to the passage of time in one day, but in the following, for the sake of simplicity of explanation, a case where the charging power value is a constant value regardless of the passage of time will be described.
- Charging start time can be set arbitrarily within the time when a certain amount of stored power can be secured by the time when excess power occurs. From this point of view, it is preferable to set a time sufficiently before the time when the excess power is generated as the charging start time. In other words, the time sufficiently before the time when the excess power is generated is the charging start time set on the safe side. In addition, the amount of charge of the power storage device charged to such an extent that excess power is not generated is a safe setting. In addition, the setting of charging started from the charging start time set on the safe side is the setting on the safe side of charging.
- the safe setting is to start charging on the scheduled date from 0 o'clock, which is the estimated date start time.
- the setting of the safe-side charging power value is to set the rated charging power value of the power storage device.
- FIG. 6 a charging power characteristic line 54 on the safest side for charging at the rated charging power value from 0 o'clock, which is the calculation time of the scheduled date, is shown.
- the slope of charging power characteristic line 54 on the safest side is the rated charging power value.
- the safest charging power characteristic line 54 may not be used.
- the limit is that the time when charging can be performed with the rated charging power value of the power storage device is made the charging start time so that the difference between the excess power amount and the power amount of the transition prediction characteristic line 50 is minimized.
- FIG. 6 the charging power characteristic line 56 of the safe limit set in this way is shown.
- the slope of the charging power characteristic line 56 at the safe limit is taken as the rated charging power value.
- the power storage device is used for various power leveling purposes in addition to the purpose of suppressing excess power.
- the solar power generation system 106 is used to absorb and level the fluctuation of the generated power due to fluctuations in sunlight.
- it is also used to absorb temporary fluctuations in loads of various devices in the factory facility 100, and needs to be charged in preparation for an instantaneous power failure or the like. Therefore, in consideration of these, the charging power characteristic line 52 is set between the charging power characteristic line 54 on the safest side and the charging power characteristic line 56 at the safe limit.
- FIG. 6 shows the charging power characteristic line 52 thus obtained.
- discharge will also start from 11:00 when excess electric power generate
- FIG. 6 is a schematic diagram for explanation.
- this charging power value is set as the planned charging value (S46). And it becomes a charging / discharging plan value together with the discharge plan value of S34.
- the initial charge / discharge plan on the scheduled date is created according to the procedure described in FIG. 2 before the scheduled date. This is called the initial charge / discharge plan on the scheduled date.
- This plan is based on a predicted transition value of power consumption, a predicted transition value of self-sufficiency power, and a predicted value of the amount of stored power at the scheduled time. For this reason, the actual situation on the scheduled date may differ from these predicted values. Therefore, a plan review point is set at a predetermined time interval, and the initial charge / discharge plan is reviewed and corrected according to the difference between the actual situation and the predicted value, so that excess power is not actually generated.
- FIG. 3 is a flowchart showing the procedure.
- the time interval at the time of reviewing the plan can be set arbitrarily. Although the time interval at the time of the plan review depends on the scale of the factory facility 100, it can be set to, for example, 30 minutes. Of course, it may be 1 hour interval, 15 minute interval or the like.
- the transition prediction is corrected (S24). Specifically, the power consumption transition prediction value is corrected, the self-supplied power transition prediction is corrected, and the required power transition prediction value is corrected. That is, the actual power transition history value and the self-sufficiency power transition actual value before the planned review date are read from the load power management apparatus 10, and the required power transition actual value is calculated from these actual values. A correction is made in which these actual values are replaced with transition predicted values.
- the processing procedure of S24 is executed by the transition prediction correction unit of the system controller 20.
- FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 4.
- the actual power consumption transition value 60 the self-supplied power transition history value 62, and the required power transition history value 64 are shown. Is indicated by a bold line.
- t14 indicates that the plan review time is set at an interval of 30 minutes from 0:00 and is the 14th review time.
- the actual transition value of power consumption was in line with the predicted transition, but the actual transition value of self-sufficiency is lower than the predicted transition, so the actual transition value of required power is larger than the predicted transition. It is shown that the situation is likely to cause excess power shortly.
- the transition prediction correction unit of the system controller 20 performs a new excess power transition prediction based on the slope of the required power transition actual value 64, the estimated excess power generation time, and the estimated excess power elimination time. Do. In order to predict a new excess power transition, the transition prediction correction unit of the system controller 20 displays a past required power transition state, a preset required power transition state pattern, or the like in the built-in memory or Read from external memory.
- the slope of the required power transition record value 64, the generation time / elimination time of the excess power, and the read state of the necessary power transition state are compared. Then, from the read transition state of the required power, the data closest to the gradient of the required power transition record value 64 and the like is specified, and the specified data is adopted as the predicted transition of the excess power. However, if it is known from another situation that the transition of excess power tends to decrease, that situation can be included.
- FIG. 9 shows the state of transition prediction of excess power.
- FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 5, and shows a state of the transition prediction characteristic line 66 of the overcorrected power calculated based on FIG. 8. Thus, it is shown that if the supply of self-sufficient power does not recover as it is, the excess power becomes a large value.
- the charging / discharging plan is corrected based on the corrected excess power transition prediction characteristic line 66 (S26).
- S26 is to correct the initial power storage plan, and the processing procedure is executed by the power storage plan correction unit of the system controller 20.
- FIG. FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 6, and shows a transition prediction characteristic line 68 of the corrected excess power amount calculated based on the transition prediction characteristic line 66 of the corrected excess power.
- the maximum value is C 2
- the necessary amount of stored power obtained by multiplying this by the margin rate is ⁇ C 2 .
- the charging power value is obtained using the same procedure as described in FIG. 7, and this is set as the corrected charging power value.
- each plan review is set until the end time of the scheduled date (S28), and the above procedure is repeated.
- the charge / discharge plan is sequentially corrected at each plan review time point, even if the required power transition prediction and the actual required power transition are different, it is possible to cope finely. Thereby, generation
- the lithium ion battery is illustrated as the storage battery, other secondary batteries may be used.
- a nickel hydrogen battery, a nickel cadmium battery, or the like may be used.
- the storage battery assembly is used as a storage battery assembly in order to obtain a voltage and a current corresponding to the required power of the load, so the number of unit storage batteries constituting the storage battery assembly, and the storage battery pack combining the unit storage batteries The number, the number of storage battery units combined with the storage battery pack, and the like can be appropriately determined according to the specifications of the power management system.
- solar power generation power and external commercial power will be described as power sources, other power sources such as wind power generation may be used.
- the power transition prediction characteristics, the power transition prediction characteristics, the actual transition characteristics, and the like are examples for explanation, and may be other characteristics.
- one day is set as the scheduled period
- the scheduled date and time is set as the scheduled date, which is described as one day management, but this is an example of explanation, It can also be managed in units of half a day or in units of two days, and the scheduled date and time and the scheduled period can be appropriately set accordingly.
- the charge / discharge control command is generated by the system controller 20, and the charge / discharge control command is given to each power converter 28 via the master controller 22 and the power converter management unit 26.
- the system controller 20 generates a command generation unit that generates a start command and an operation stop command for the power converter 28 in accordance with the charge / discharge control command, and performs individual power conversion at a predetermined timing for the generated start command and the operation stop command.
- a command output unit for outputting to the device 28.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the timing at which the start command and the operation stop command are output to the power converter 28.
- the abscissa represents the day of the day, with the scheduled date as one day.
- the vertical axis is arranged from the upper side to the lower side in FIG. 11 in the order of the charging period and the discharging period, the charging plan and the discharging plan period, the start command, the operation stop command, the charge control command, and the discharge control command. ing.
- the charging period and the discharging period are divided into the period for the charging plan and the period for the discharging plan in the scheduled period.
- the charging period is set from 22:00 at night to 8:00 on the next day
- the discharging period is set from 8:00 to 22:00 of the remaining period.
- These settings can be determined by, for example, the power charge system of the power supply source. For example, when the midnight power charge is set lower than the daytime power charge, the midnight charge time zone can be set as the charging period, and the other time zone can be set as the discharging period.
- the discharge period and the charge period can be set based on other criteria.
- the charge plan is a charge plan of a charge / discharge plan set for a scheduled period, and is set in the charge period.
- the discharge plan is a discharge plan of the charge / discharge plan set for the scheduled period, and is set in the discharge period.
- a charging plan is set in a period between t 1 and t 2 with a period margin in the charging period, and from t 3 to t with a period margin in the discharge period.
- the discharge plan is set in the period between 4 , but this is an example.
- the entire charging period can be applied to the charging plan setting, and the entire discharging period can be applied to the discharging plan setting.
- the start command for the power converter 28 is output in advance with a margin for each of the start time of the charge plan and the start time of the discharge plan. That is, the start command is output at a time that is a predetermined margin time t 0 before the start time t 1 of the charging plan. Further, it is output at a time before a predetermined margin time t 0 from the start time t 3 of the discharge plan.
- Operation stop command is output to the end time t 2 of the charging plan. Also, it is output at the end time t 4 of the discharge plan.
- the start command is output twice and the operation stop command is output twice, but this may be set once. For example, it may be omitted the activation instruction of operation stop instruction and time t 3 of the time t 2.
- the charge control commands are individually output as necessary during the period t 1 to t 2 during which the charge plan is set.
- one charge control command is output in one charge period.
- the discharge control commands are individually output as necessary in accordance with the operation plan of the factory 110 during the period from t 3 to t 4 during which the discharge plan is set.
- four discharge control commands having different discharge periods are output in one discharge period.
- the start command is issued at the time before the allowance time t 0 from the start time of each charge control command.
- the operation stop command can be output at the end time of each charge control command.
- the start command is set at a time before the allowance time t 0 from the start time of each discharge control command.
- an operation stop command can be output at the end time of each discharge control command.
- the control device for power management includes a power storage device and is used for power management control of a facility that receives power supply from an external commercial power source.
- 10 load power management device 12 storage battery power management device, 14 total power monitoring device, 20 system controller, 22 master controller, 24 sub-controller, 26 power converter management unit, 28 power converter, 30 switch circuit, 40 Transition prediction characteristic line of power consumption, 42 Transition prediction characteristic line of photovoltaic power generation, 44 Transition prediction characteristic line of required power, 46 Contract power characteristic line, 48 Transition prediction characteristic line of excess power, 50 Transition prediction of excess energy Characteristic line, 52 charging power characteristic line, 54 safest charging power characteristic line, 56 safety limit charging power characteristic line, 60,62,64 transition actual value, 66 overcorrection power transition prediction characteristic line, 68 overcorrection Transition prediction characteristic line of electric energy, 72 Charging power characteristic line after correction, 100 factory facility, 102 power management Stem 104 battery assembly (power storage device), 106 photovoltaic systems, 108 external commercial power source, 110 factories, 110a power management device.
- 40 Transition prediction characteristic line of power consumption 42 Transition prediction characteristic line of photovoltaic power generation, 44 Transition prediction characteristic line of required power, 46 Contract power characteristic line, 48 Transition prediction characteristic
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Abstract
電力管理システムのシステムコントローラの機能によって、超過電力の発生を抑制する充放電計画が作成され、これに基づいて充放電制御指令が生成される。充放電計画の作成には、予定期日における消費電力の推移予測(S10)、自給電力の推移予測(S12)が行なわれる。(消費電力)-(自給電力)=(必要電力)の式から必要電力の推移予測が行なわれ(S14)、(必要電力)-(契約電力)=(超過電力)の式から超過電力の推移予測が行なわれ(S16)、超過電力の推移予測に基づいて超過電力量の推移予測が行なわれ(S18)、これと蓄電装置の蓄電電力量との比較から充放電計画の作成が行なわれる(S20)。予定期日では実績推移から推移予測が修正され、充放電計画が修正される。
Description
本発明は、電力管理用の制御装置に係り、特に蓄電装置を含み、負荷の超過電力を抑制する電力管理用の制御装置に関する。
電力料金は、電力会社との間で予め定めてある契約最大電力に基づいて計算される。必要電力は、契約最大電力を超える可能性がある。例えば、工場は、昼間の稼働時間帯に電力を多く消費する場合があるからである。契約最大電力を超える超過電力については、割高な電力料金となる。超過電力を抑制するためにいわゆるピークカットを行なうとよい。
例えば、特許文献1には、電力制御方法として、電力バスラインと蓄電池と負荷の間が選択的に接続可能にされることが述べられている。ここでは、通常は電力バスラインからの電力を負荷に供給し、電力バスラインの電力で蓄電池を充電し、蓄電池の充電が十分であれば放電可能な状態で待機させ、電力バスラインからの電力供給の不足分に対して、蓄電池からの電力を負荷に供給することが述べられている。このように電力バスラインと蓄電池の両方から負荷へ電力を与えるように遮断機を切り替えれば、例えば夜間に充電して昼間に電力補給する等のいわゆるピークカットを行なうことができると述べられている。
超過電力が生じないようにするには、太陽光発電電力や風力発電電力等の自給電力を利用すると有効である。また、蓄電装置を用いて、負荷の消費電力が少ない時間帯に充電を行い、蓄電した電力を負荷の消費電力が多い時間帯に放電し、外部商用電力からの供給電力を平準化することも有効である。
しかしながら、負荷の消費電力は予め予測してもなかなかその通りには行かず、ともすると超過電力が発生する。
本発明の目的は、負荷の超過電力の発生を抑制できる電力管理用の制御装置を提供することである。
本発明に係る電力管理用の制御装置は、蓄電装置に対する充放電制御指令を生成する充放電指令生成部と、負荷の必要電力状況に関する負荷側の情報データに基づいて、必要電力の推移予測値を算出する必要電力の推移予測部と、必要電力の推移予測値に基づいて、予め定めた目標最大電力を超える超過電力について、超過電力の推移予測値を算出する超過電力の推移予測部と、超過電力の推移予測値に基づいて、超過電力量の推移予測値を算出する超過電力量の推移予測部と、蓄電装置の状態データを含む蓄電装置側の情報データに基づいて、蓄電装置の初期の蓄電電力量を取得し、充電を行うことで初期の蓄電電力量から推移する蓄電電力量が、超過電力量の推移予測値よりも多くなるのに必要な充電電力値を蓄電装置の定格充電電力値の範囲内で算出し、算出された充電電力値に基づいて、蓄電装置の当初の蓄電計画を作成する当初の蓄電計画作成部と、予め定めた計画見直し時点において、前記負荷側の情報データに基づいて、実際の負荷の消費電力の推移値を取得し、超過電力の推移予測値と超過電力量の推移予測値とを修正する推移予測の修正部と、修正された超過電力量の推移予測値に基づいて、蓄電電力量が修正された超過電力量の推移予測値よりも多くなるのに必要な充電電力値を定格充電電力値の範囲内で修正して、当初の蓄電計画を修正する蓄電計画の修正部と、を備える。
本発明に係る電力管理用の制御装置は、蓄電装置の充放電を行う電力変換器の起動指令および作動停止指令を生成する電力変換器の指令生成部と、電力変換器に対し、予め定めた任意の時間に起動指令を出力し、蓄電装置の充放電計画に含まれる充電計画または放電計画の少なくとも一方の計画の終了時間に、作動停止指令を出力する電力変換器の指令出力部と、を備える。
上記構成により、電力管理用の制御装置は、超過電力量の推移予測値よりも蓄電電力量が多くなるように、蓄電装置の必要充電電力値を算出して、蓄電装置の当初の蓄電計画を作成する。そして、計画見直し時点において、実際の消費電力の推移値に基づいて蓄電装置の蓄電計画を修正する。これを繰り返すことで、一日の間できめ細かい充放電管理を行うことができるので、超過電力の発生を抑制できる。
また、電力管理用の制御装置は、充放電計画に含まれる充電計画または放電計画の少なくとも一方の計画の終了時間に、蓄電装置の充放電を行う電力変換器の作動停止指令を出力する。これによって、電力変換器の電力消費を抑制することができる。
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いる。
図1は、工場施設100の構成を示す図である。工場施設100は、電力管理システム102と、蓄電池集合体104と、太陽光発電システム106と、外部商用電源108と、工場110とを含んで構成される。工場110は、一般照明、一般空調、厨房器具、事務機器、工場空調等の負荷と、電力管理装置110aを含む。
太陽光発電システム106及び外部商用電源108は、工場施設100の電力源である。太陽光発電システム106は光電変換モジュールである。外部商用電源108は、単相または三相の交流電力源であり、電力需給の変動に合わせて、水力発電、原子力発電、火力発電等の様々な発電方式で発電された電力を組み合わせて、外部の電力会社から供給される。
蓄電池集合体104は、リチウムイオン蓄電池を多数組み合わせて所望の蓄電容量とした蓄電装置である。例えば、単位蓄電池を複数個組み合わせて蓄電池パックとし、蓄電池パックを複数個組み合わせて蓄電池ユニットとし、複数の蓄電池ユニットを組み合わせて1つの蓄電池集合体104とする。
電力管理装置110aは、負荷の電力状況を管理する負荷の電力管理装置10と、蓄電池集合体の電力状況を管理する蓄電池の電力管理装置12と、総合電力監視装置14を含む。
負荷の電力管理装置10は、工場110の負荷の電力状況に関する負荷側の情報データを取得して管理する。負荷側の情報データは、工場110の負荷の消費電力の実績情報のみならず、今後の稼動計画情報を含む。負荷側の情報データとは、例えば、一日の時間経過に関連付けた負荷の必要電力の実績推移値データ、稼動計画に応じた負荷の必要電力の推移予測値である。負荷側の情報データS9は、総合電力監視装置14に送信される。
蓄電池の電力管理装置12は、蓄電池集合体104の電圧、温度、電流、蓄電電力量に関連するSOC(State Of Charge)等の蓄電池側の情報データを取得して管理する。蓄電池側の情報データは、蓄電池集合体104の充電電力と放電電力とSOCの今までの実績情報のみならず、今後の充電電力と放電電力の計画情報が含まれる。蓄電池側の情報データとは、例えば、一日の時間経過に関連付けたSOCの実績推移値データ、稼動計画に応じた充電電力と放電電力の推移予測値である。蓄電池側の情報データは、総合電力監視装置14に送信される。
工場施設100の電力関連情報としては、太陽光発電システム106の発電電力に関する情報データ、及び外部商用電源108から供給される供給電力に関する情報データがある。これらを供給電力の情報データとすると、この供給電力の情報データは、負荷に供給される電力として、負荷の電力管理装置10によって取得されて管理される。もっとも、新たに別の電力管理装置を設け、そこで供給電力の情報データを取得管理するものとしてもよい。
総合電力監視装置14は、電力管理情報S8をシステムコントローラ20に送信する。電力管理情報S8は、負荷側の情報データS9及び蓄電池側の情報データを含む。
電力管理システム102は、負荷側の情報データ及び蓄電池側の情報データに基づいて、蓄電池集合体104の最適な充放電制御を行う。電力管理システム102は、システムコントローラ20と、マスタコントローラ22と、サブコントローラ24と、電力変換器の管理部26と、電力変換器28と、スイッチ回路30を含んで構成される。電力変換器28は、電力変換器の管理部26の管理の下にある。また、スイッチ回路30は、サブコントローラ24の管理の下にある。図1において太い実線は電力の流れを示す。スイッチ回路30は、電力の流れにおいて、電力変換器28と蓄電池集合体104との間に接続配置される。一方、図1において細い実線の矢印は、信号の流れを示す。S1からS9は、信号の種類を示す。
システムコントローラ20は、電力管理用の制御装置で、総合電力監視装置14から電力管理情報S8を受信し、具体的な充放電計画を作成する。システムコントローラ20は、作成した充放電計画に従って、蓄電装置である蓄電池集合体104に対する充放電制御指令を生成する充放電指令生成部を有する。生成された充放電制御指令は、全体の充放電制御指令S1として、システムコントローラ20からマスタコントローラ22に送信される。システムコントローラ20は、計画作成に適したコンピュータで構成することができる。
システムコントローラ20は、電力管理情報S8に含まれる負荷側の情報データ及び蓄電池側の情報データに基づいて、蓄電池集合体104の最適な充放電制御を行うように充放電計画を作成する。充放電計画は、負荷の電力状況及び蓄電池集合体104の状態に合わせ、太陽光発電システム106及び外部商用電源108の電力を用いて蓄電池集合体104を充電制御するものである。
充放電計画は、負荷の必要電力が目標最大電力を超えないように作成される。システムコントローラ20は、予め定められた時間間隔の見直し時点で充放電計画を見直す。これらの機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、これらの機能に対応するプログラムをシステムコントローラ20が実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。なお、充放電計画の作成および見直しについては、後述する。
マスタコントローラ22は、全体の充放電制御指令S1に基づいて、集合体充放電制御指令S5を電力変換器の管理部26に送信する。集合体充放電制御指令S5は、電力変換器28に対する充放電制御指令である。なお、システムコントローラ20は、必要なときに、すなわち、任意のタイミングで、全体の充放電制御指令S1を送信する。マスタコントローラ22は、死活確認信号S2をシステムコントローラ20に適当な周期で送信して、システムコントローラ20が動作中であるか否かを確認する。
電力変換器の管理部26は、集合体充放電制御指令S5に基づいて、1つまたは複数の電力変換器28の動作を管理する。電力変換器28は、外部商用電源108の交流電力と蓄電池集合体104の直流電力との間の電力変換、あるいは太陽光発電システム106の電圧と蓄電池集合体104の電圧との間の電圧変換、あるいは蓄電池集合体104の電圧と負荷の電圧との間の電圧変換を行う。電力変換器28は、双方向AC/DCコンバータや双方向DC/DCコンバータ等のコンバータであり、実際に行われる変換の内容に応じて、コンバータの種類が選択される。電力変換器の管理部26は、電力変換器28の不具合を示す情報を電力変換器の管理データS4として、マスタコントローラ22に送信する。マスタコントローラ22は、電力変換器の管理データS4と同じ内容の電力変換器の管理データS7を蓄電池の電力管理装置12に送信する。
サブコントローラ24は、蓄電池集合体104を構成する蓄電池ユニットの充放電制御を行なう。サブコントローラ24は、蓄電池ユニットごとに設けられる。サブコントローラ24は、蓄電池ユニットの電圧、電流、及び温度のデータを取得し、それらのデータに基づいて、蓄電池ユニットを構成する複数の蓄電池パックの中で不具合のある蓄電池パックを検出し、これを電力変換器28から切り離す処理を行なう。蓄電池パックを電力変換器28から切り離すには、蓄電池パックと電力変換器28の間に配置されるスイッチ回路30のスイッチを開放とする。サブコントローラ24は、蓄電池ユニットの状態データであるユニット状態データS3をマスタコントローラ22に送信し、ユニット状態データS3と同じ内容のユニット状態データS6を蓄電池の電力管理装置12に送信する。
上記構成の作用、特にシステムコントローラ20の機能について、以下に、図2から図10を用いて詳細に説明する。図2は、超過電力発生を抑制する当初の充放電計画の作成の手順を示すフローチャートである。図3は、予定期日における充放電計画の逐次的修正の手順を説明するフローチャートである。図4は、消費電力、自給電力、必要電力を一日の時間経過に関連付けて示し、超過電力が発生する様子を説明する図である。図5は超過電力を一日の時間経過で関連付けて示す図である。図6は超過電力を抑制するための蓄電装置の当初の充電計画を説明する図である。図7は、超過電力を抑制できる充電電力を算出する手順を示すフローチャートである。図8から図10は、予定期日における様子を示す図で、図4から図6に対応する図である。
図2、図3は、上記のように、超過電力を抑制するための手順を示すフローチャートで、これらの手順は、システムコントローラ20が、対応するプログラムを実行することで実現できる。対応するプログラムは、電力管理総合プログラムの中における超過電力の抑制計画作成のためのプログラムである。
超過電力の抑制計画作成のためのプログラムが立上ると、予定期日における消費電力の推移予測が行なわれる(S10)。予定期日とは、超過電力の抑制を実行しようとする日のことである。
なお、継続的に超過電力の抑制を実行しているときは、予定期日より前の日時において、予定期日における消費電力の推移予測が行われる。例えば、予定期日は、予定期日における消費電力の推移予測を行う日の翌日とすることができる。
消費電力の推移予測とは、工場110における負荷が消費する電力について、一日の時間経過に関連付けた時々刻々の変化の予測である。最も簡単な予測は、工場110の予定期日における消費電力の状況と同じような日の実績データを予測結果としてそのまま用いることである。そのような実績データは、負荷側の情報データとして負荷の電力管理装置10に記憶させておくことができ、それを読み出せばよい。
例えば、工場施設100が月曜から金曜まで安定して稼動している場合には、今日が火曜日として、昨日である月曜日の実績データを、翌日である水曜日の予測データとすることができる。したがって、月曜の消費電力実績データを負荷の電力管理装置10から読み出すことで、水曜日の予測データを得ることができる。図4に、そのようにして得られた消費電力の推移予測特性線40の様子を示す。横軸は一日の時刻で、縦軸は電力値である。このように、消費電力は12時頃から17時頃が最も高い値を示し、0時頃から6時頃が最も低い値を示す。
図2へ戻り、次に、予定期日における自給電力の推移予測が行なわれる(S12)。自給電力とは、外部商用電源108以外で工場施設100が保有する電源から供給される電力である。ここでは、太陽光発電システム106からの電力が自給電力に相当する。自給電力の推移予測も、消費電力の推移予測と同様に、予定期日における工場施設100の自給電力の状況と同じような日の実績データを予測結果として、そのまま用いるものとできる。自給電力が太陽光発電によるものであるので、日照条件が同様な日の実績データを用いる必要がある。したがって、天気予報等のデータも参照して、予定期日における日照条件と同様な日の太陽光発電電力の実績データを負荷の電力管理装置10から読み出す。
図4には、そのようにして得られた太陽光発電電力の推移予測特性線42が示されている。ここに示されるように、太陽光発電電力は正午ごろが最大値となる。
再び図2に戻り、次に、予定期日における必要電力の推移予測が行なわれる(S14)。必要電力とは、外部商用電源108から供給する必要がある電力のことである。(消費電力)-(自給電力)=必要電力となるので、S10で得られたデータとS12で得られたデータに基づいて演算によって、必要電力の推移予測を行うことができる。S14の処理手順は、システムコントローラ20の必要電力の推移予測部によって実行される。
図4には、そのようにして算出された必要電力の推移予測特性線44が示されている。このように、太陽光発電電力が最大値付近を示す時間帯と、消費電力が最大値付近を示す時間帯がほぼ同じであることから、太陽光発電電力を利用することで、消費電力のピーク値をかなり低くすることができる。すなわち、太陽光発電電力の利用は、消費電力のピークカットに有効な手段である。
図2に戻り、次に、予定期日の超過電力の推移予測が行なわれる(S16)。超過電力とは、目標最大電力を超える電力である。外部商用電源108を有する電力会社と工場施設100が予め電力供給契約を結んだときに取り決めた契約電力の最大供給電力を、目標最大電力とすると、超過電力とは、必要電力が契約電力以上となるときに、契約電力を超えた電力のことである。すなわち、(必要電力)-(契約電力)=超過電力となるので、S14で求められた必要電力のデータに基づいて、演算によって超過電力の推移予測を行なうことができる。S16の処理手順は、システムコントローラ20の超過電力の推移予測部によって実行される。
図4では、契約電力特性線46が示されている。仮に、太陽光発電電力を利用していないとすると、必要電力=消費電力であるので、図4の例では、7時ごろから23時ごろまで、超過電力が発生することになる。なお、この工場施設では、太陽光発電電力の利用と、蓄電装置である蓄電池集合体104の蓄電電力を考慮して、このような契約電力を取り決めていると仮定されるので、このように広い時間帯で超過電力が発生することはない。
図4では、必要電力の推移予測特性線44が契約電力特性線46を超えた部分が斜線で示されている。この斜線部分の電力を一日の時間経過に関連付けたものが超過電力の推移予測特性線48で、図5にその様子が示されている。図5の横軸は一日の時刻、縦軸は超過電力値であるが、尺度を図4より拡大してある。このように、超過電力の推移予測特性線48は、11時ごろから19時の間において現れる。
再び図2に戻り、超過電力の推移予測に基づいて超過電力量の推移予測が行なわれる(S18)。超過電力量の推移予測は、超過電力値を時間で積分することで行なうことができる。超過電力の推移予測特性線48は、超過電力値と時間の間の関数であるので、図5で示す超過電力の推移予測特性線48を時間で積分した関数形が、超過電力量の推移を示す特性線となる。S18の処理手順は、システムコントローラ20の超過電力量の推移予測部によって実行される。
図6には、そのようにして求められた超過電力量の推移予測特性線50が示される。上記のように、超過電力の推移予測特性線48によると、11時ごろから19時の間で超過電力が生じるので、超過電力量の推移予測特性線50も11時ごろから電力量の値が現れ、19時ごろに電力量の値が最大値となる特性線となる。図6では、超過電力量の最大値をC1として示してある。
超過電力量の推移予測特性線50が求められると、図2に戻って、充放電計画の作成が行なわれる(S20)。その手順について図7を用いて説明する。図7は、超過電力を抑制し、一日を通して超過電力が発生しないように、蓄電装置の蓄電電力量を前もって十分なものとしておくための充電電力を計算して、当初の充放電計画を作成する手順を示すフローチャートである。図7の各処理手順は、システムコントローラ20の当初の蓄電計画作成部によって実行される。
図7では、まず、予定期日における蓄電装置の初期の蓄電電力量C0を確定し、これを超過電力量の最大値C1と比較して、その大小を判断する(S30)。
初期の蓄電電力量C0について、例えば、予定期日の起算時間である0時における推定の蓄電電力量を初期の蓄電電力量C0として用いるものとする。この推定の蓄電容量は、予定期日の前日の蓄電容量の実測値と等しいと仮定する。これにより、予定期日の前日について、その起算時間である0時における初期の蓄電電力量の実績値が、予定期日の起算時間である0時における推定の蓄電電力量と等しいものと推定する。これにより、初期の蓄電電力量C0を推定することができる。予定期日よりも過去の蓄電電力量の実測値は、蓄電装置である蓄電池集合体104の蓄電電力量を蓄電装置の電力管理装置12から読み出すことにより、取得しうる。
そして、図6で説明した超過電力量の最大値C1と比較することになるが、C0もC1も予測値であるので、余裕率あるいは安全係数を用いることが好ましい。
そこで、C1に係数αを乗じて、αC1とC0とを比較するものとする。αは1以上の値で、過去の消費電力の推移の実績変動から経験的に定めた値を用いることができる。C1に係数αを乗じる代わりに、C0をαで除算してもよい。
比較の結果、C0がαC1以上であれば、この蓄電電力量に基づいて超過電力の推移予測特性線48に合わせて放電を行なえば、余裕を持って超過電力が発生しないようにすることができる。したがって、S32へ進み、放電電力値を超過電力値とする処理を行なう。具体的には、図5で説明した超過電力の推移予測特性線48の各時刻における超過電力値をそれぞれの時刻における放電電力値とする。
ここで、計算された放電電力値が蓄電装置の定格放電電力値以下であるか否かを判断する(S34)。定格放電電力値は、蓄電装置の仕様から定められる。比較の結果、計算された放電電力値が定格放電電力値以下であるときは、S32の計算された放電電力値を放電計画値とする(S46)。
計算された放電電力値が定格放電電力値を超すときは、蓄電装置の放電能力のみでは超過電力が発生してしまうので、アラームを出力(S36)して対応検討を促す。対応策としては、工場施設100の負荷の消費電力を少なくする方策を取る。例えば、工場施設100の機器が省エネルギ機能を有する場合に、これを使用するようにする。あるいは、工場施設100の負荷の稼動計画を前倒しにして、消費電力の最大値を低下させるようにする等の方策を採る。方策ができれば、図2のS10に戻って、上記手順を繰り返す。
S30で蓄電電力量C0がαC1未満であれば、蓄電装置を放電できない。したがって、S38に進み、不足電力量を計算する。図6の場合、不足電力量=(αC1-C0)として算出される。
次に、充電電力値を計算する(S40)。不足電力量はkWhの単位で、充電電力値はkWの単位であるので、充電電力値=(不足電力量)/(充電時間)で計算できる。ここで充電時間は、充電の開始時間と充電の終了時間によって定めることができる。その充電時間で充電電力値が左右される。充電の開始時間と充電の終了時間は予定期日における工場施設100の稼動計画等を考慮して決めることができる。そのようにして充電時間を定め、充電電力値を計算する際に、計算された充電電力値が蓄電装置の定格充電電力値以下であるか否かを判断する(S42)。定格充電電力値は、蓄電装置の仕様から定められる。
充電時間と充電電力値の計算の様子について、図6を用いて説明する。ここで、充電電力値を一日における時間経過に応じて変化するものとしてもよいが、以下では説明を簡単にするために、充電電力値を時間経過にかかわらず一定値とする場合を述べる。
充電の開始時間は、超過電力が発生する時期までに、ある程度の蓄電電力量を確保できる時間の中で任意に設定できる。その観点からは、超過電力が発生する時間から十分手前の時間を充電の開始時間とすることがよい。つまり、超過電力が発生する時間から十分手前の時間が、安全側に設定される充電の開始時間である。また、超過電力を発生させない程度に充電された蓄電装置の充電量が、安全側の設定である。また、安全側に設定される充電の開始時間から開始される充電の設定が、充電の安全側の設定である。
この実施例の場合、予定期日の起算時間が0時であるので、安全側の設定は、予定期日の起算時間である0時から、予定期日における充電を開始することである。また、安全側の充電電力値の設定は、蓄電装置の定格充電電力値とすることである。図6では、予定期日の起算時間である0時から定格充電電力値で充電する最安全側の充電電力特性線54が示されている。ここで最安全側の充電電力特性線54の勾配が定格充電電力値である。この例では、6時前後に蓄電電力量がαC1に達するので、この時点でS30の判断が否定されるのと同じ状況になるので、S32以下で説明した手順を行なえばよい。
工場施設100の予定期日の状況によっては、この最安全側の充電電力特性線54を用いることができないことがあり得る。その場合の限度は、超過電力量の推移予測特性線50の電力量との差をできるだけなくすようにして、蓄電装置の定格充電電力値で充電できる時刻を充電開始時間とすることである。図6では、そのようにして設定される安全限度の充電電力特性線56が示されている。ここで安全限度の充電電力特性線56の勾配が定格充電電力値にとられている。
蓄電装置は、超過電力を抑制する目的以外にも様々な電力平準化のために用いられる。例えば、太陽光発電システム106が日照の変動によってその発電電力が変動することを吸収して平準化するために用いられる。あるいは、工場施設100の各種機器の負荷の一時的変動を吸収するためにも用いられ、さらに瞬時停電等に備えて蓄電しておく必要もある。したがって、これらのことを考慮して、充電電力特性線52は、最安全側の充電電力特性線54と安全限度の充電電力特性線56の間で設定されることになる。
そこで、以下では、充電開始時間を予定期日の起算時間である0時とし、超過電力量の推移予測特性線50が最大値を示す付近の19時を充電終了時間として、充電電力値=(不足電力量)/(19時-0時)=(不足電力量)/(19時)とすることとして説明を続ける。図6ではそのようにして求められる充電電力特性線52が示されている。勿論、これは説明のための例示であるので、実際にはこれ以外の充電電力特性線を設定することができる。なお、超過電力が発生する11時からは、放電も始まることになる。充電と放電とは同時にはできないので、例えば、充電と放電とを交互に行なうこととすれば、不足電力量をまかなうことができる。なお、実際の充電電力特性線52は直線とはならない。その意味では、図6は、説明のための模式図である。
このようにして、定格充電電力値以下で充電電力値が算出されると、この充電電力値を充電計画値とする(S46)。そして、S34の放電計画値と合わせて、充放電計画値となる。以上が、図2のS20における当初の充放電計画の作成の内容である。
以上のように、予定期日前に、図2で説明した手順に従って予定期日における当初の充放電計画が作成される。これを予定期日における当初の充放電計画と呼ぶことにする。この計画は、消費電力の推移予測値と、自給電力の推移予測値と、予定期日の起算時間における蓄電電力量の予測値とに基づいている。このため、予定期日における実際の状況がこれらの予測値と異なることが生じる。そこで、予め定めた時間間隔で計画見直し時点を設定し、実際の状況と予測値との相違に応じて当初の充放電計画を見直して修正し、超過電力が実際に発生しないようにする。図3はその手順を示すフローチャートである。計画見直し時点の時間間隔は任意に設定できる。計画見直し時点の時間間隔は、工場施設100の規模にもよるが、例えば、30分とすることができる。勿論、1時間間隔としてもよく、15分間隔等としてもよい。
予定期日の各計画見直し時点になる(S22)と、推移予測の修正が行なわれる(S24)。具体的には、消費電力の推移予測値の修正、自給電力の推移予測の修正、必要電力の推移予測値の修正が行なわれる。すなわち、予定期日の計画見直し時点以前における消費電力の推移実績値、自給電力の推移実績値が負荷の電力管理装置10から読み出され、これらの実績値から必要電力の推移実績値が計算され、これらの実績値が推移予測値に置き換える修正が行なわれる。S24の処理手順は、システムコントローラ20の推移予測の修正部によって実行される。
図8に、その様子が示される。図8は図4に対応する図で、ここでは7時の計画見直し時点t=t14において、それまでの消費電力の推移実績値60、自給電力の推移実績値62、必要電力の推移実績値64が太線で示されている。t14とは、0時から30分間隔で計画見直し時点が設定され、14回目の見直し時点であることを示している。ここでは、消費電力の推移実績値は推移予測どおりであったが、自給電力の推移実績値が推移予測を下回っていることから、必要電力の推移実績値が推移予測を上回って大きな値となっていることが示され、まもなく超過電力が発生しそうな状況であることが示されている。
このような推移実績から見て、予定期日のt=t14以後における超過電力の推移予測が見直される。超過電力の推移予測は、少なめに予測するよりも多めに予測することが好ましい。
ここで、推移予測の修正方法について説明する。まず、必要電力の推移実績値64のt=t14における接線とその傾きを求め、そして、この傾きより超過電力の発生時間を推定する。そして、システムコントローラ20の推移予測の修正部は、必要電力の推移実績値64の傾きと推定される超過電力の発生時間と推定された超過電力の解消時間より、新たな超過電力の推移予測を行う。新たな超過電力の推移予測を行うために、システムコントローラ20の推移予測の修正部は、過去の必要電力の推移状態や、予め設定されている必要電力の推移状態のパターン等を、内蔵メモリまたは外部メモリから読み出す。そして、必要電力の推移実績値64の傾きや超過電力の発生時間・解消時間と、読み出された必要電力の推移状態のものと比較する。そして、読み出された必要電力の推移状態のうち、必要電力の推移実績値64の傾き等と最も近似のデータを特定し、特定されたデータを修正された超過電力の推移予測として採用する。もっとも、別の事情から、超過電力の推移が減少傾向となることが分かっている場合は、その事情を盛り込むことができる。
図9には、超過電力の推移予測の様子が示される。図9は図5に対応する図で、図8に基づいて算出される修正超過電力の推移予測特性線66の様子を示す図である。このように、このまま自給電力の供給が回復しないと、超過電力が大きな値となることが示されている。
再び図3に戻り、この修正超過電力の推移予測特性線66に基づいて、充放電計画の修正が行なわれる(S26)。S26は、当初の蓄電計画を修正するもので、その処理手順は、システムコントローラ20の蓄電計画の修正部によって実行される。その様子を図10に示す。図10は、図6に対応する図で、修正超過電力の推移予測特性線66に基づいて計算される修正超過電力量の推移予測特性線68が示されている。ここでは、その最大値をC2、これに余裕率を乗じた必要蓄電電力量をαC2としてある。
そして、ここでは、予定期日の起算時間における蓄電電力量C0は予測どおりであること、図6で説明した充電電力特性線52に従って充電を行なった結果、計画見直し時点t=t14における蓄電電力量はCt14となっていることが示されている。
図10から分かるように、このまま充電電力特性線52に従って充電を続けても、充電電力量が修正超過電力量の推移予測特性線68を下回ることになるので、超過電力が発生することが予測される。
そこで、計画見直し時点t=t14において、図7で説明したと同じ手順を用いて充電電力値を求め、これを修正後の充電電力値とする。図10では、t=t14における蓄電電力量Ct14と、修正超過電力量の推移予測特性線68で最大値となる時間における必要蓄電電力量αC2とを結んだ修正後の充電電力特性線72が示されている。この修正後の充電電力特性線72は、修正後の充電電力値=(αC2-Ct14)/(19時-t14)とし、この値が定格充電値を下回ることが確認された結果に基づいて設定される。仮に、図7で説明した手順で修正後の充電電力値を求めて、S42で否定となると、S44に進み、アラームが出力されるので、図7に関連して説明したような方策の検討が行なわれる。
図3に示されるように、各計画見直しは予定期日の終了時間まで設定され(S28)、上記の手順が繰り返される。このようにして、各計画見直し時点において、逐次的に充放電計画が修正されるので、必要電力の推移予測と実際の必要電力の推移とが相違しても、きめ細かく対応ができる。これによって、超過電力の発生を効果的に抑制できる。
上記実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
蓄電池としてリチウムイオン電池を例示したが、これ以外の二次電池であってもよい。例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等であってもよい。蓄電装置を蓄電池集合体とするのは、負荷の必要電力に対応するための電圧と電流とを得るためであるので、蓄電池集合体を構成する単位蓄電池の数、単位蓄電池を組み合わせた蓄電池パックの数、蓄電池パックを組み合わせた蓄電池ユニットの数等は、電力管理システムの仕様に応じ適宜なものとできる。
電力源として、太陽光発電電力と外部商用電力を説明するが、これ以外の電力源、例えば風力発電電力等であってもよい。
電力の推移予測特性、電力量の推移予測特性、実績の推移特性等は、説明のための例示であり、これ以外の特性であってもよい。
予め定めた予定日時からの予定期間における時間経過としては、一日を予定期間とし、予定日時を予定期日として、一日単位で管理するものとして説明するが、これは説明の一例であって、半日単位、あるいは2日単位等で管理することもでき、それに応じ、予定日時と予定期間を適宜設定することができる。
予め定めた目標最大電力を超える超過電力として、電力会社との間で予め定めてある契約最大電力を超える超過電力を説明するが、これは説明の一例であって、例えば、工場施設等が内部的に定めた目標最大電力を超える電力を超過電力とすることができる。
次に、電力変換器の起動について説明する。充放電制御指令は、システムコントローラ20によって生成され、マスタコントローラ22と電力変換器の管理部26を介して、個々の電力変換器28に対し充放電制御指令が与えられる。システムコントローラ20は、充放電制御指令に合わせて電力変換器28の起動指令と作動停止指令を生成する指令生成部と、生成された起動指令と作動停止指令を予め定めたタイミングで個々の電力変換器28に対し出力する指令出力部を有する。
図11は、電力変換器28に対し、起動指令と作動停止指令が出力されるタイミングの1例を説明する図である。横軸は予定期日を1日として、その1日の時間経過がとられている。縦軸は、図11の上段側から下段側に向かって、充電期間と放電期間の区分、充電計画と放電計画の期間、起動指令、作動停止指令、充電制御指令、放電制御指令の順に並べられている。
充電期間と放電期間は、予定期間のうちで、充電計画のための期間と、放電計画のための期間を区分したものである。図11の例では、充電期間が夜の22時から翌日の8時までに設定され、放電期間はその残りの期間の8時から22時までと設定されている。これらの設定は、例えば、電力供給元の電力料金体系等で決めることができる。例えば、深夜電力料金が昼間電力料金よりも安く設定される場合には、深夜料金時間帯を充電期間とし、それ以外の時間帯を放電期間とすることができる。勿論、これ以外の基準で放電期間と充電期間を設定することができる。
充電計画は、予定期間について設定される充放電計画の充電計画であり、充電期間の中で設定される。放電計画は、予定期間について設定される充放電計画の放電計画であり、放電期間の中で設定される。図11の例では、充電期間の中で期間的な余裕を持ってt1からt2の間の期間に充電計画が設定され、放電期間の中で期間的な余裕を持ってt3からt4の間の期間に放電計画が設定されているが、これは1例である。場合によっては、充電期間の全部を充電計画設定に当てることもでき、放電期間の全部を放電計画設定に当てることもできる。
電力変換器28に対する起動指令は、充電計画の開始時間および放電計画の開始時間のそれぞれについて、余裕時間を持って事前に出力される。すなわち、起動指令は、充電計画の開始時間t1から予め定めた余裕時間t0だけ前の時間に出力される。また、放電計画の開始時間t3から予め定めた余裕時間t0だけ前の時間に出力される。余裕時間t0は、電力変換器28が起動してから安定して作動するまでの時間に応じて設定される。1例を上げると、t0=10sとすることができる。
作動停止指令は、充電計画の終了時間t2に出力される。また、放電計画の終了時間t4に出力される。このように、起動指令と作動停止指令を電力変換器28に与えることで、電力変換器28の不必要な作動を抑制して、その電力消費を抑制できる。図11の例では、起動指令が2回、作動停止指令が2回出力されるが、これをそれぞれ1回とすることもできる。例えば、時間t2の作動停止指令と時間t3の起動指令を省略するものとしてもよい。
充電制御指令は、充電計画が設定された期間であるt1からt2の間で、必要に応じて個々に出力される。図11の例では、1つの充電期間の中で、1つの充電制御指令が出力されている。放電制御指令は、放電計画が設定された期間であるt3からt4の間で、工場110の稼動計画に合わせ、必要に応じて個々に出力される。図11の例では、1つの放電期間の中で、それぞれ放電期間の異なる4つの放電制御指令が出力されている。
また、充電計画の中の充電制御指令の数が少なくて、各充電制御指令の間の時間的間隔が長い場合、各充電制御指令の開始時間から余裕時間t0だけ前の時間に起動指令を出力し、各充電制御指令の終了時間に作動停止指令を出力できる。同様に、放電計画の中の放電制御指令の数が少なくて、各放電制御指令の間の時間的間隔が長い場合、各放電制御指令の開始時間から余裕時間t0だけ前の時間に起動指令を出力し、各放電制御指令の終了時間に作動停止指令を出力できる。これによって、電力変換器28の電力消費をさらに抑制することができる。
1つの放電計画に複数の放電制御指令が含まれる場合に、個々の放電制御指令ごとに起動指令と作動停止指令を出力するものとすると、かえって不便な場合がある。すなわち、隣接する放電制御指令が近接して余裕時間以下となると、前の放電制御指令が終了して作動停止指令を出力し、直ちに起動指令を出力しても、次の放電制御指令出力までに電力変換器28が安定作動に至らないことになる。そこで、放電計画が設定された期間の間は、その期間内に個々の放電制御指令が終了しても、作動停止指令の出力を禁止する。このようにすることで、放電制御指令を計画通り実行することができる。この場合には、1つの放電計画について1つの起動指令、1つの作動停止指令を出力する図11の場合とあまり変わらない内容となる。
電力管理用の制御装置は、蓄電装置を備え、外部商用電源から電力の供給を受ける施設の電力管理の制御に用いられる。
10 負荷の電力管理装置、12 蓄電池の電力管理装置、14 総合電力監視装置、20 システムコントローラ、22 マスタコントローラ、24 サブコントローラ、26 電力変換器の管理部、28 電力変換器、30 スイッチ回路、40 消費電力の推移予測特性線、42 太陽光発電電力の推移予測特性線、44 必要電力の推移予測特性線、46 契約電力特性線、48 超過電力の推移予測特性線、50 超過電力量の推移予測特性線、52 充電電力特性線、54 最安全側の充電電力特性線、56 安全限度の充電電力特性線、60,62,64 推移実績値、66 修正超過電力の推移予測特性線、68 修正超過電力量の推移予測特性線、72 修正後の充電電力特性線、100 工場施設、102 電力管理システム、104 蓄電池集合体(蓄電装置)、106 太陽光発電システム、108 外部商用電源、110 工場、110a 電力管理装置。
Claims (6)
- 蓄電装置に対する充放電制御指令を生成する充放電指令生成部と、
負荷の必要電力状況に関する負荷側の情報データに基づいて、必要電力の推移予測値を算出する必要電力の推移予測部と、
前記必要電力の推移予測値に基づいて、予め定めた目標最大電力を超える超過電力について、超過電力の推移予測値を算出する超過電力の推移予測部と、
前記超過電力の推移予測値に基づいて、超過電力量の推移予測値を算出する超過電力量の推移予測部と、
蓄電装置の状態データを含む蓄電装置側の情報データに基づいて、前記蓄電装置の初期の蓄電電力量を取得し、充電を行うことで前記初期の蓄電電力量から推移する蓄電電力量が、前記超過電力量の推移予測値よりも多くなるのに必要な充電電力値を前記蓄電装置の定格充電電力値の範囲内で算出し、算出された充電電力値に基づいて、前記蓄電装置の当初の蓄電計画を作成する当初の蓄電計画作成部と、
予め定めた計画見直し時点において、前記負荷側の情報データに基づいて、実際の負荷の消費電力の推移値を取得し、前記超過電力の推移予測値と前記超過電力量の推移予測値とを修正する推移予測の修正部と、
前記修正された超過電力量の推移予測値に基づいて、前記蓄電電力量が前記修正された超過電力量の推移予測値よりも多くなるのに前記必要な充電電力値を前記定格充電電力値の範囲内で修正して、前記当初の蓄電計画を修正する蓄電計画の修正部と、
を備える電力管理用の制御装置。 - 請求項1に記載の電力管理用の制御装置において、
前記必要電力の推移予測部は、
前記負荷の消費電力の推移予測値から、自給電力の推移予測値を減算して、前記必要電力の推移予測値を算出する電力管理用の制御装置。 - 請求項2に記載の電力管理用の制御装置において、
前記超過電力量の推移予測部は、
前記超過電力の推移予測値に対し、予め定めた余裕率基準に従って、余裕率を乗算し、得られる余裕超過電力の推移予測値を用いて、超過電力量の推移予測値を算出する電力管理用の制御装置。 - 請求項1に記載の電力管理用の制御装置において、
前記蓄電装置の充放電を行う電力変換器の起動指令および作動停止指令を生成する電力変換器の指令生成部と、
前記電力変換器に対し、予め定めた任意の時間に前記起動指令を出力し、前記蓄電装置の充放電計画に含まれる充電計画または放電計画の少なくとも一方の計画の終了時間に、前記作動停止指令を出力する電力変換器の指令出力部と、
を備える電力管理用の制御装置。 - 請求項4に記載の電力管理用の制御装置において、
前記電力変換器の指令出力部は、
前記放電計画が設定された期間の間は、その期間内に個々の放電制御指令が終了しても、前記作動停止指令の出力を禁止する電力管理用の制御装置。 - 請求項5に記載の電力管理用の制御装置において、
前記電力変換器の指令出力部は、
予め余裕時間を定め、
前記充電計画の開始時間から予め定めた余裕時間だけ前の時間と、前記放電計画の開始時間から予め定めた余裕時間だけ前の時間に、それぞれ起動指令を出力する電力管理用の制御装置。
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