WO2013132872A1

WO2013132872A1 - 周波数制御方法

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Publication number: WO2013132872A1
Application number: PCT/JP2013/001492
Authority: WO
Inventors: 花房　寛
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-09-12
Also published as: US20140052308A1; EP2824789A1; EP2824789A4; EP2824789B1; US9660442B2; JPWO2013132872A1; JP6145940B2

Abstract

少なくとも１つの負荷機器（５００）を制御対象とするコントローラ（３００）、および、蓄電池（４００）と通信ネットワークを介して接続する制御装置（２００）における電力系統の周波数制御方法であって、電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱することが検知された場合に、電力系統の周波数を所定の範囲内に収めるための電力指令値を含む指令信号を取得し、負荷機器（５００）を動作させて指令信号に追従可能な場合には負荷機器（５００）を制御する制御信号を生成してコントローラ（３００）に送信し、指令信号に追従不可能な場合には蓄電池（４００）を充放電させる制御信号を生成して蓄電池（４００）に送信する。

Description

周波数制御方法

　本発明は、電力使用者が備える負荷機器および蓄電池の中から、電力系統の周波数を安定化させるために動作させる機器を決定する周波数制御方法等に関する。

　従来、蓄電池を用いて電力系統の周波数を安定させる技術（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ（以降、「ＦＲ」と呼ぶこともある））が開示されている。蓄電池は、周波数変動に対する応答速度が従来の発電機よりも速いため、蓄電池を用いた方が周波数変動に対する追従性が良くなる利点がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１１－２３４５６３号公報

　しかしながら、通常、蓄電池は充放電回数が多くなるほど劣化が進むので、電力系統の周波数を安定化させるために蓄電池の充放電を繰り返すことにより、蓄電池の劣化を速めてしまう。その結果、蓄電池の寿命を縮めてしまう。

　そこで、本発明は、電力系統の周波数を安定化させるために蓄電池の充放電回数を低減させる周波数制御方法を提供する。

　本発明の一実施の形態に係る周波数制御方法は、少なくとも１つの負荷機器を制御対象とするコントローラ、および、蓄電池システムと通信ネットワークを介して接続するサーバにおける電力系統の周波数制御方法であって、電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱することが検知された場合に、前記電力系統の周波数を前記所定の範囲内に収めるための電力指令値を含む指令信号を取得し、前記負荷機器を動作させて前記指令信号に追従可能な場合には前記負荷機器を制御する制御信号を生成して前記コントローラに送信し、前記指令信号に追従不可能な場合には前記蓄電池システムを充放電させる制御信号を生成して前記蓄電池システムに送信する。

　なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

　以上、本発明の周波数制御方法によれば、蓄電池を用いて電力系統の周波数を制御する場合に、負荷機器装置を動作させて電力系統の周波数を安定化できる場合は蓄電池を充放電させないので、蓄電池の使用回数を低減することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る周波数制御装置を含むシステム構成図の一例である。図２は、本発明の実施の形態１に係る周波数制御装置の機能ブロック図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る周波数制御装置が備えるメモリが記憶するデータの例を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１において各機器間における情報のやり取りを示すシーケンス図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。図６は、電力指令値と負荷機器を動作させたときの電力特性との対応関係を示す概念図である。図７は、本発明の実施の形態１の変形例１に係る周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。図８Ａは、本発明の実施の形態１の変形例２に係る周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。図８Ｂは、本発明の実施の形態１の変形例４に係る周波数制御装置の処理を示す説明図である。図９は、本発明の実施の形態２に係る周波数制御装置を含むシステム構成図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係る周波数制御装置の機能ブロック図である。図１１は、本発明の各実施の形態に係る周波数制御装置が用いられるシステム構成図の一例である。

（本発明の基礎となった知見）
　本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、電力系統の周波数を安定化させる技術に関し、以下の問題が生じることを見出した。

　従来、ガスタービンなどの発電機を用いて電力系統の周波数を安定化させる技術が検討されている。しかしながら、ガスタービンなどを用いて周波数を安定化させる場合、ガスタービンを動作させたときの応答速度が遅いため、電力系統の周波数変動を抑制するための電力指令値に追従するためには、発電機から電力を必要以上に発電させる必要がある。

　また、ガスタービンなどの発電機を動作させて周波数を安定化させる場合、動作時の応答速度が遅いため、電力系統に瞬間的な（突発的な）周波数変動が生じた場合には周波数変動に対応するのが難しい。

　従来、蓄電池を用いて電力系統の周波数を安定させる技術が開示されている。蓄電池は、充放電の応答速度が速いため、蓄電池を充放電させて周波数の変動を抑制させる方が電力指令値に対する追従性が良い。その結果、電力系統の周波数を安定化させるときの電力効率が高くなる（例えば、特許文献１）。

　しかしながら、通常、蓄電池は充放電回数が多くなるほど劣化が進むので、電力系統の周波数を安定化させるために蓄電池の充放電を繰り返すことにより、蓄電池の劣化を速めてしまう。その結果、蓄電池の寿命を縮めてしまうという問題がある。

　このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る周波数制御方法は、少なくとも１つの負荷機器を制御対象とするコントローラ、および、蓄電池システムと通信ネットワークを介して接続するサーバにおける電力系統の周波数制御方法であって、電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱することが検知された場合に、前記電力系統の周波数を前記所定の範囲内に収めるための電力指令値を含む指令信号を取得し、前記負荷機器を動作させて前記指令信号に追従可能な場合には前記負荷機器を制御する制御信号を生成して前記コントローラに送信し、前記指令信号に追従不可能な場合には前記蓄電池システムを充放電させる制御信号を生成して前記蓄電池システムに送信する。

　これにより、前記負荷機器を動作させて前記電力系統の周波数を前記所定範囲に収めることができるか否かを判断し、収めることができない場合にのみ前記蓄電池を充放電させて電力系統の周波数を安定化させるので、蓄電池の充放電回数を低減できる。

　例えば、前記電力指令値に対応する電力を前記電力系統との間でやり取りする周期が所定値以上の場合には前記負荷機器を制御し、前記周期が前記所定値よりも短い場合には前記蓄電池システムを充放電させる。

　例えば、前記指令信号を取得するに応じて前記負荷機器の制御し、前記電力指令値に対応する電力を前記負荷機器と前記電力系統との間でやり取りする期間の中で、前記負荷機器を制御しても前記電力指令値に対して差分電力が生じる場合は、前記電力指令値に対する前記差分電力を前記蓄電池システムに充放電させる。

　例えば、前記電力系統の周波数を制御する周波数制御期間の終了時における前記蓄電池システムの残量が所定の目標値となるように前記負荷機器を制御する。

　例えば、前記周波数制御期間における、前記蓄電池システムの電力変換ロスによって生じる電力を、前記負荷機器を制御して補うことにより、前記周波数制御期間の終了時における前記蓄電池システムの残量が前記所定の目標値となるように前記負荷機器を制御する。

　例えば、前記所定の目標値は、前記周波数制御期間の開始時における前記蓄電池の残量であり、前記制御部は、前記周波数制御期間の開始時および終了時における前記蓄電池システムの残量が同じとなるように前記負荷機器を制御する。

　例えば、前記コントローラは複数の負荷機器を制御しており、前記サーバは、予め各負荷機器それぞれが示す電力特性に関する情報を記憶しており、前記複数の負荷機器それぞれが示す電力特性を組み合わせて得られる電力特性を用いて前記指令信号に追従できるか否か判断する。

　例えば、前記負荷機器の電力特性と前記指令信号の波形との近似度が高いほど、前記負荷機器の所有者に提供するインセンティブを高く設定し、前記インセンティブが最も高くなる負荷機器の組み合わせを選択する。

　例えば、前記負荷機器の電力特性と前記指令信号の波形との近似度が高いほど、前記負荷機器の所有者に提供するインセンティブを高く設定し、前記インセンティブが所定の閾値よりも小さくなる場合、前記蓄電池を充放電させる。

　例えば、前記負荷機器は、家電機器、電気自動車、発電機、ポンプ、ヒータおよび冷凍機のうちの少なくとも１つであり、前記負荷機器の制御には、前記負荷機器の電力消費量の低下、および、前記負荷機器の電力消費量の増加を含む。

　また、本発明の一態様に係るサーバは、少なくとも１つの負荷機器を制御対象とするコントローラ、および、蓄電池システムと通信ネットワークを介して接続するサーバであって、前記コントローラおよび前記蓄電池システムと通信する通信部と、電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱することが検知された場合に、前記電力系統の周波数を前記所定の範囲内に収めるための電力指令値を含む指令信号を取得する取得部と、前記負荷機器を動作させて前記指令信号に追従可能な場合には前記負荷機器を制御する制御信号を生成し、前記指令信号に追従不可能な場合には前記蓄電池システムを充放電させる制御信号を生成し、生成した前記制御信号を、前記通信部を介して前記コントローラおよび前記蓄電池システムに送信する制御部と、を備える。

　また、本発明の一態様に係る周波数制御システムは、少なくとも１つの負荷機器を制御対象とするコントローラ、および、蓄電池システムと通信ネットワークを介して接続するサーバと、前記蓄電池システムとを有する周波数制御システムであって、前記サーバは、前記コントローラおよび前記蓄電池システムと通信する通信部と、電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱することが検知された場合に、前記電力系統の周波数を前記所定の範囲内に収めるための電力指令値を含む指令信号を取得する取得部と、前記負荷機器を動作させて前記指令信号に追従可能な場合には前記負荷機器を制御する制御信号を生成し、前記指令信号に追従不可能な場合には前記蓄電池システムを充放電させる制御信号を生成し、生成した前記制御信号を、前記通信部を介して前記コントローラおよび前記蓄電池システムに送信する制御部と、を備え、前記蓄電池システムは、蓄電池と、前記制御信号を受信する受信部と、受信した制御信号に基づいて前記蓄電池の充放電を制御する制御部と、を備える。

　なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

　以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

　（実施の形態１）
　［１．構成］
　（システム構成図）
　図１は、本実施の形態に係る周波数制御装置および周波数制御装置が用いられるシステム構成図の一例である。図１に示されるシステムには、電力系統の運用者（以下、「系統運用者１０」と呼ぶ）と、電力の需給を制御するサービス事業者２０と、電力使用者３０（３０ａ～３０ｎ）とが含まれる。本実施の形態では、サービス事業者２０が周波数制御装置を備える場合を例として説明する。

　系統運用者１０は、電力系統の周波数を監視する。系統運用者１０は、電力系統の周波数が、所定の上限値或いは下限値を逸脱すると判断した場合、電力系統の周波数を所定の範囲に収める（以下、「周波数変動を抑制させる」とも表現する）ための電力指令値を生成し、サービス事業者２０に送信する。

　なお、系統運用者１０は、電力系統の周波数変動を検知する機能、および、電力指令値を生成する機能を有する情報処理装置１００を有する。

　電力系統の基準周波数は、各国または各地域で定められている値で有り、例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。電力系統の周波数がこの基準周波数から所定の範囲逸脱した場合に周波数変動が抑制される。上記所定の範囲も、各国または各地域で定められている値で有り、一律に定められる値ではない。この所定の範囲は、例えば±０．２Ｈｚである。

　サービス事業者２０は、系統運用者１０から電力指令値を受信すると、各電力使用者３０ａ～３０ｎの中で電力系統の周波数変動の抑制に応じる意思がある電力使用者３０に制御信号（図１の破線で示す）を送信する。この制御信号は、各電力使用者３０が備える蓄電池４００または負荷機器５００に対して動作指示を行うための信号である。

　なお、サービス事業者２０は、系統運用者１０から指示される電力指令値に対応して、電力系統の周波数変動を抑制するための制御信号を生成する機能を備える制御装置２００を備える。以下の各実施の形態では、制御装置２００を電力系統の周波数を制御する周波数制御装置として説明する。

　電力使用者３０は、電力系統から供給される電力を消費するユーザ或いは建物である。電力使用者３０は、例えば、一般家庭、マンション、商業施設、ビル、工場、学校、病院、および、官公庁などである。

　電力使用者３０は、蓄電池４００および少なくとも１つの負荷機器５００と、これらの機器を制御するコントローラ３００とを有する。負荷機器５００とは、電力を生成又は消費する機器である。負荷機器５００は、例えば、発電機、ヒータ、冷凍機、または、ポンプなどである。本実施の形態では、蓄電池４００は負荷機器５００に含めないものとする。

　コントローラ３００は、通信ネットワークを介して制御対象の機器を制御する。コントローラ３００は、サービス事業者２０から制御信号を受信すると、制御信号の指示内容に従って各機器を動作させる。コントローラ３００と各機器との間の通信ネットワークは、有線ネットワークおよび無線ネットワークのいずれであってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。

　（機能ブロック図）
　図２は、本実施の形態に係るシステムのうち、系統運用者１０が備える情報処理装置１００、サービス事業者２０が備える制御装置２００、及び電力使用者３０が備えるコントローラ３００の機能ブロック図である。

　（情報処理装置１００の機能ブロック図）
　情報処理装置１００は、周波数情報取得部１０１と、偏差予測部１０２と、指令値生成部１０３と、指令値送信部１０４と、を備える。

　周波数情報取得部１０１は、電力系統の周波数情報を取得する。周波数情報取得部１０１は、例えば、センサを介して周波数情報を取得する。

　偏差予測部１０２は、周波数情報取得部１０１が取得した周波数情報から、電力系統の周波数の基準周波数からの偏差を予測し、予測した偏差が所定の範囲を逸脱するか否かを判断する。偏差予測部１０２は、例えば、２秒ごとに４秒後の周波数の変動を予測する。

　偏差予測部１０２は、予測した電力系統の周波数の偏差が所定の範囲を逸脱すると判断した場合、周波数の逸脱量または逸脱時間などの逸脱情報を指令値生成部１０３に通知する。

　指令値生成部１０３は、偏差予測部１０２から上記逸脱情報を取得すると、電力系統の周波数を所定の範囲に収める（周波数変動を抑制する）ための電力指令値を生成する。

　指令値送信部１０４は、指令値生成部１０３が生成した電力指令値をサービス事業者２０に送信する。

　（制御装置２００の機能ブロック図）
　制御装置２００は、指令値受信部（指令値取得部）２０１と、メモリ２０２と、機器決定部２０３と、通信部２０４とを備える。

　指令値受信部２０１は、系統運用者１０から電力指令値を受信する。

　メモリ２０２は、例えば、電力使用者３０が備える蓄電池４００および負荷機器５００の運転データと、電力使用者３０ａ～３０ｎの蓄電池４００および負荷機器５００の使用予定または現在の使用状況と、電力の周波数制御に対する各電力使用者３０ａ～３０ｎの参加意思を示す情報とを記憶する。この電力の周波数制御の１つとして、周波数変動の抑制が含まれる。メモリ２０２が記憶する情報の一例については図３にて後述する。

　機器決定部２０３は、各電力使用者３０ａ～３０ｎが備える負荷機器５００の運転データに基づいて、負荷機器５００を動作させて電力指令値に追従できるか否かを判断する。換言すれば、機器決定部２０３は、各電力使用者３０ａ～３０ｎの負荷機器５００を動作させることにより、周波数変動を抑制できるか否かを判断する。

　機器決定部２０３は、負荷機器５００を動作させることにより周波数変動を抑制できると判断した場合に、負荷機器５００のいずれか又は全てを動作させる制御信号を生成し、追従することができないと判断した場合に、蓄電池４００を充放電させる制御信号を生成する。

　通信部２０４は、機器決定部２０３で生成された制御信号をコントローラ３００に送信する。

　（コントローラ３００の機能ブロック図）
　コントローラ３００は、取得部３０１と、第１の通信部３０２と、制御部３０３と、第２の通信部３０４とを備える。

　取得部３０１は、蓄電池４００および負荷機器５００の運転データを取得する。運転データは、例えば、機器が動作したときの電力特性、各機器の定格、或いは、各機器の消費電力に関する情報である。取得部３０１は、各機器の運転データをメーカから取得してもよいし、各機器で計測された運転データを取得してもよい。

　第１の通信部３０２は、制御装置２００から制御信号を受信する。また、第１の通信部３０２は、取得部３０１で取得された蓄電池４００および負荷機器５００の運転データを、制御装置２００に送信してもよい。

　制御部３０３は、第１の通信部３０２が制御装置２００から受信した制御信号に基づいて、蓄電池４００および負荷機器５００を制御するための指令値を、各機器について生成する。

　第２の通信部３０４は、通信ネットワークを介して蓄電池４００および負荷機器５００それぞれの指令値を対応する機器に送信する。なお、第２の通信部は、取得部３０１の機能を備えていてもよい。すなわち、第２の通信部３０４は、さらに、各機器の運転データを取得してもよい。

　第１の通信部３０２および第２の通信部３０４は、有線ネットワークおよび無線ネットワークのいずれを介して制御装置２００及び各機器と通信してもよいし、これらの組み合わせであってもよい。

　図３は、本実施の形態に係る制御装置２００が備えるメモリ２０２が記憶するデータの一例を示す図である。

　メモリ２０２は、例えば図３に示されるように、電力使用者３０を特定する「ユーザＩＤ」と、この電力使用者３０が備える「機器の種類」と、各機器の「運転データ」と、電力使用者３０の機器の「使用予定」または「使用状況」と、周波数変動の抑制に対する電力使用者３０の「参加意思」とを対応付けて記憶する。

　「運転データ」には、例えば、各機器が動作したときの電力特性を示す「電力特性データ」、各機器の「定格」、および各機器を動作させたときの「ランニングコスト（図３では「コスト」と表記）」が記憶される。「ランニングコスト」には、金額だけでなく機器の寿命などが記憶されてもよい。

　図３で示す各機器の特性データは、本実施の形態を説明するための概念図であり、必ずしも正しい特性を示すものではない。

　［２．動作］
　（全体シーケンス）
　図４は、本実施の形態で用いられる情報処理装置１００、制御装置２００、コントローラ３００、蓄電池４００、および、負荷機器５００の間の情報のやり取りを示すシーケンス図である。

　予め、サービス事業者２０は、各電力使用者３０ａ～３０ｎから周波数変動の抑制に対して自身が保有する機器の制御を許可することを示す参加意思を収集する（ステップＳ４０１）。例えば、サービス事業者２０は、各電力使用者３０ａ～３０ｎに対して電力の周波数制御を実行する所定時間前までに、各電力使用者３０ａ～３０ｎから参加意思を収集する。

　次に、制御装置２００は、各電力使用者３０ａ～３０ｎが保有する機器の運転データを取得する（ステップＳ４０２）。このステップＳ４０２の前後で制御装置２００は、各電力使用者３０から現在の蓄電池４００および負荷機器５００の稼動状況を取得してもよい（ステップＳ４０３）。

　この後、制御装置２００は、系統運用者１０から電力指令値を取得すると（ステップＳ４０４）、ステップＳ４０１で参加意思を示す電力使用者３０が有する機器の中から制御対象の機器を決定する（ステップＳ４０５）。

　制御装置２００は、動作対象の機器を制御するための制御信号を送信し、電力使用者３０のコントローラ３００に送信する（ステップＳ４０６）。

　この制御装置２００のステップＳ４０４～ステップＳ４０６の処理の一例については、図５にて後述する。

　次に、コントローラ３００は、制御装置２００から制御信号を受信した後、受信した制御信号に基づいて負荷機器５００または蓄電池４００を動作させるための指令値を送信する（ステップＳ４０７、ステップＳ４０８）。

　負荷機器５００は、コントローラ３００からの指令値に基づいて動作する（ステップＳ４０９）。例えば、負荷機器５００が発電機の場合、発電機は指令値に基づいて電力を発電する。一方、負荷機器５００がポンプの場合、ポンプは指令値に基づいて電力を消費する。

　蓄電池４００は、コントローラ３００からの指令値に基づいて充電または放電する（ステップＳ４１０）。

　（制御装置２００の動作）
　図５は、本実施の形態に係る制御装置２００の動作を示すフローチャートである。

　まず、制御装置２００は、系統運用者１０から電力指令値を受信すると（ステップＳ５０１）、所定時間前における各電力使用者３０ａ～３０ｎの提供情報（例えば、参加意思、出力可能量、使用予定（状況）を含む）を確認する（ステップＳ５０２）。

　制御装置２００は、参加意思を示す電力使用者３０が存在するか否かを判断し（ステップＳ５０３）、存在しない場合は（ステップＳ５０３でＮｏ）、周波数変動を抑制するための制御を行わない（ステップＳ５０４）。

　一方、参加意思を示す電力使用者３０が存在する場合（ステップＳ５０３でＹｅｓ）、制御装置２００は、この電力使用者３０が有する負荷機器５００の運転データに基づいて、電力系統の周波数変動を抑制するために動作させる負荷機器を決定する（ステップＳ５０５）。ステップＳ５０５において決定される負荷機器５００は、１つであってもよいし、複数であってもよい。

　次に、制御装置２００は、ステップＳ５０５で決定した負荷機器５００を動作させることにより、電力系統の周波数を所定の範囲に収めることが可能か否か判断する（ステップＳ５０６）。即ち、制御装置２００は、負荷機器５００の電力特性が電力指令値に追従可能か否かを判断する。この判断方法については図６にて後述する。

　ステップＳ５０６において、負荷機器５００を動作させたときの電力特性により電力系統の周波数を所定の範囲に収めることが可能（電力指令値に追従可能）と判断した場合（ステップＳ５０６でＹｅｓ）、制御装置２００は、ステップＳ５０５で決定した負荷機器５００を動作させるための制御信号を生成し（ステップＳ５０７）、対応する電力使用者３０のコントローラ３００に送信する（ステップＳ５０８）。

　一方、ステップＳ５０６において、負荷機器５００を動作させたときの電力特性により電力系統の周波数を所定の範囲に収めることが不可能（電力指令値に追従不可能）と判断した場合（ステップＳ５０６でＮｏ）、制御装置２００は、電力使用者３０が備える蓄電池４００を動作させるための制御信号を生成し（ステップＳ５０９）、コントローラ３００に送信する（ステップＳ５０８）。

　ここで、図６を用いて、図５のステップＳ５０６における負荷機器５００の決定方法について説明する。

　図６の（ａ）～（ｅ）の各図は、負荷機器５００を動作させたときの電力特性と電力指令値との対応関係を説明するための概念図である。図６の（ａ）～（ｅ）は、各図が必ずしも正確な対応関係を示すものではなく、本実施の形態を説明するための一例として説明される。

　図６の（ａ）は、電力系統の周波数変動を示す概念図である。図６の（ａ）は、電力系統の基準周波数を６０Ｈｚ、周波数変動の許容範囲を±０．２Ｈｚとした例を示している。例えば、図６の（ａ）の（ｔ１）の期間では、電力系統の電力が余っており、使用者家に電力を消費させる必要がある。一方、図６の（ａ）の（ｔ２）の期間では、電力系統に電力が不足しており、電力を供給する必要があることを示している。

　図６の（ｂ）は、電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱した場合に、系統運用者１０の情報処理装置１００が生成する電力指令値の概念図である。

　図６の（ｃ）および（ｄ）は、負荷機器５００が動作したときの電力特性を示す概念図である。

　図６の（ｅ）は、図６の（ｃ）の負荷機器５００および図６の（ｄ）の負荷機器５００を動作させたときの電力特性と、電力指令値との対応関係を示す概念図である。

　情報処理装置１００は、電力系統の周波数が基準周波数６０Ｈｚから±０．２Ｈｚ以上逸脱することを予測すると（図６の（ａ））、この周波数の逸脱を抑制するための電力指令値を生成し（図６の（ｂ））、サービス事業者２０の制御装置２００に送信する。

　図６の（ｂ）に示すように、この電力指令値は、周波数の逸脱量に応じて周期が異なり、長周期の指令値および短周期の指令値を有している。

　ここで、本実施の形態で説明される電力負荷機器を動作させたときの電力指令値に対する応答速度は、蓄電池を動作させたときの応答速度よりも遅いもとのとする。換言すれば、蓄電池の応答速度の方が電力負荷機器の応答速度よりも電力指令値に対する追従性が良いものとする。

　電力指令値に対する追従性とは、例えば、電力指令値の波形に対する電力特性の近似度（乖離度）として定義してもよい。制御装置２００の機器決定部２０３は、この近似度が所定の閾値よりも高ければ（乖離度が小さければ）、負荷機器の電力特性が電力指令値に追従可能と判断し、近似度が所定の閾値よりも小さければ（乖離度が大きければ）、負荷機器の電力特性が電力指令値に追従不可能と判断してもよい。

　なお、図６の（ｂ）では、例として電力指令値を矩形波として示しているが、必ずしも矩形波である必要はない。

　制御装置２００は、図６の（ｂ）の電力指令値を受信すると、メモリ２０２に記憶する運転データに基づいて電力指令値に追従可能な電力負荷機器を選択する。

　例えば、制御装置２００は、（ｉ）発電機の電力特性（図６の（ｃ））、（ｉｉ）ポンプの電力特性（図６の（ｄ））、または、（ｉｉｉ）図６の（ｃ）および図６の（ｄ）の組み合わせからなる電力特性を用いて電力指令値に追従可能か否かを判断する。

　図６の（ｅ）に示すように、上記（ｉ）～（ｉｉｉ）のいずれかを用いて生成される電力波形として、図６の（ｅ）の実線で示される電力特性（１）と破線で示される電力特性（２）とを比較した場合、電力指令値に対する近似度が電力特性（２）よりも電力特性（１）の方が良い。従って、この場合、制御装置２００は、電力特性（１）を生成する負荷機器５００または複数の負荷機器５００を制御対象の負荷機器として選択する。

　一方、図６の（ｅ）において、複数の負荷機器５００を組み合わせても電力指令値に追従できないと判断した場合、制御装置２００は、負荷機器５００よりも応答速度の速い蓄電池４００を充電または放電させることにより電力指令値に追従させる。

　即ち、制御装置２００は、負荷機器５００を動作させて電力指令値に追従できる期間は負荷機器５００のみを動作させ、電力負荷機器の電力特性では電力指令値に追従できない期間は蓄電池を充放電させる。

　これにより、全ての電力指令値に対応させて蓄電池４００を充放電させるのではなく、負荷機器５００が対応できない短周期の電力指令値に対して蓄電池４００を充放電させるので、蓄電池４００の充放電回数（または充放電サイクル）を低減しつつ電力系統を安定化できる。

　（実施の形態１の変形例１）
　図７は、本実施の形態の変形例１に係る制御装置２００の動作を示すフローチャートである。

　本実施の形態の図５では、ステップＳ５０６において負荷機器５００の電力特性が電力指令値に追従可能と判断した場合、制御装置２００は、この負荷機器５００を動作させるための制御信号を生成した。

　本変形例では、図７に示すように、ステップＳ５０６で負荷機器５００の電力特性が電力指令値に追従可能と判断した後、制御装置２００は、さらに、周波数変動の抑制に応じた電力使用者３０がサービス事業者２０から享受できるメリットに基づいて、制御対象の負荷機器５００を選択するものとする。

　図７において、ステップＳ５１０以外のステップＳ５０１～ステップＳ５０９の各処理は、図５と同様であるので、詳細な説明を省略する。

　予め、制御装置２００は、電力指令値と負荷機器５００の電力特性との間の近似度（乖離度）に応じて、電力使用者３０に支払うインセンティブを設定しておく。例えば、電力指令値と電力特性との近似度が高いほど（乖離度が小さいほど）、インセンティブが高く設定される。このインセンティブは特に限定されるものでなく、料金或いはポイントなど、電力使用者３０がサービス事業者２０からメリットを享受できる媒体でいずれの形式でもよい。

　図７のステップＳ５０６において、負荷機器５００の電力特性が電力指令値に追従可能と判断された後、制御装置２００は、負荷機器５００の電力特性によって電力使用者３０が享受できるインセンティブが所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ５１０）。

　制御装置２００は、インセンティブが所定の閾値以上である場合（ステップＳ５１０でＹｅｓ）、ステップＳ５０５で決定した負荷機器５００を動作させるための制御信号を生成し（ステップＳ５０７）、インセンティブが所定の閾値以上でない場合（ステップＳ５１０でＮｏ）、蓄電池４００を充電または放電させるための制御信号を生成する（ステップＳ５０９）。

　（実施の形態１の変形例２）
　図８Ａは、本実施の形態の変形例２に係る制御装置２００の動作を示すフローチャートである。図８Ａのフローチャートは、図５または図７のステップＳ５０５で説明した負荷機器の決定処理の他の例を示すものである。

　制御装置２００は、ステップＳ５０３で周波数制御の参加意思のある電力使用者３０を確認すると、この電力使用者３０が備える各負荷機器５００の電力特性および各負荷機器５００を組み合わせて動作させたときの電力特性を特定する（ステップＳ７０１）。

　次に、制御装置２００は、ステップＳ７０１で得られた各電力特性に対して、電力使用者３０が得られるメリットを算出し、各電力特性についてメリットの高い順序を特定する（ステップＳ７０２）。例えば、各電力特性に対するインセンティブと各機器を動作させたときのコストとの差分値を電力使用者３０が得られるメリットとする。

　次に、制御装置２００は、電力使用者３０が現在使用中の負荷機器５００または制御期間中（周波数変動を抑制するための制御期間中）に、使用予定の負荷機器５００を優先的に使用するか否かを判定する（ステップＳ７０３）。

　ステップＳ７０３において、制御装置２００は、現在使用中の負荷機器５００または使用予定の負荷機器５００を優先的に使用すると判断する場合（ステップＳ７０３でＹｅｓ）、現在使用中の負荷機器５００または制御期間中に使用予定の負荷機器５００の中から電力使用者３０が得られるメリットが最も高い電力特性を示す負荷機器５００の組み合わせを特定する（ステップＳ７０４）。

　一方、ステップＳ７０３において、制御装置２００は、現在使用中の負荷機器５００または制御期間中に使用予定の負荷機器５００を優先的に使用しないと判定した場合（ステップＳ７０３でＮｏ）、ステップＳ７０２で特定した中で最もメリットの高い負荷機器５００または複数の負荷機器５００の組み合わせを制御対象の負荷機器として特定する（ステップＳ７０５）。

　ステップＳ７０５以降の処理は、図５または図７のステップＳ５０６以降の処理と同様であるので説明を省略する。

　（実施の形態１の変形例３）
　本変形例において、蓄電池のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｃｈａｒｇｅ）（蓄電池の残量）を考慮した周波数制御方法について説明する。

　通常、ＦＲの指令値は、充電側と放電側とのバランスが概ね取られている。例えば、３０分等の期間において、指令値に従えば、充電量が１００ｋＷｈ、放電量が１００ｋＷｈなどのようになり、蓄電池のＳＯＣは理想的には変化しない。

　ところが、実際には蓄電池の充放電に伴う電力変換のロスが発生するので、上記の理想的な変化は実現されない。例えば、充電及び放電のそれぞれにおける変換効率を９５％とすると、充電及び放電でそれぞれ５ｋＷｈの電力のロスが発生し、その結果、合計１０ｋＷｈ分のＳＯＣの低下が発生する。

　そこで、制御装置２００は、この１０ｋＷｈ分の放電を防ぐように、負荷制御による電力削減を行う。つまり、制御装置は、充電又は放電の開始時のＳＯＣと、終了時のＳＯＣとが同じとなるように、負荷制御による電力削減を行う。

　この場合、制御装置２００は、あるＦＲ区間における充放電量を予測することが好ましい。実際には、予測ずれに伴ってＳＯＣが変動することもあるので、蓄電池のＳＯＣが所定の範囲を逸脱しそうなとき、即ち、ＳＯＣの変動が激しいときは、制御装置２００は、その逸脱分を負荷制御で補う。

　（実施の形態１の変形例４）
　実施の形態１では、負荷制御では追従できない短周期について蓄電池を充放電する場合を例に説明したが、図８Ｂに示すように、１つの周波数指令に対して蓄電池の充放電および負荷制御の両方を組み合わせてもよい。なお、図８Ｂの（ａ）に示す動作時の特性データは、図３のデータに制御タイミングを追加したものであるともいえる。

　即ち、周波数指令値の急峻に立ち上がる範囲、或いは、指令値が急峻に立ち下がる範囲については蓄電池の充放電で対応し、負荷が立ち上がることにより負荷で周波数指令に対応できる範囲については蓄電池の充放電電力に替えて負荷で対応する。

　蓄電池のみで対応する場合、応答は速い（ＦＲのインセンティブは大きい）が蓄電池の劣化が進むという問題がある。一方、発電機又はポンプのみで対応する場合、蓄電池の劣化が抑えられるが応答が遅い（ＦＲのインセンティブが小さい）という問題がある。

　本変形例によれば、周波数指令に対する応答速度を速めるとともに、蓄電池の劣化を抑制することができる。

　（実施の形態１の変形例５）
　さらに、変形例４において、周波数指令値を予測して、蓄電池を充放電させるか、負荷制御を行うかを選択してもよい。

　また、周波数指令値をフィルタにかけることにより、受信した周波数指令が長周期（低周波）および短周期（高周波）のいずれであるかを判別してもよい。

　（実施の形態２）
　実施の形態１では、周波数変動を検知して電力指令値を生成する情報処理装置１００と、各電力使用者３０が備える機器の中から、電力指令値に対応して周波数変動を抑制させるために動作させる機器を決定する制御装置２００とを別の構成として説明したが、必ずしも別の構成とする必要はない。例えば、図９および図１０に示すように、これらは１つの制御装置１０００として実現されてもよい。

　この場合、図１０に示すように、制御装置１０００は、図２の情報処理装置１００および制御装置２００の機能ブロック図に示す指令値送信部１０４および指令値受信部２０１を備える必要はない。すなわち、指令値生成部１０３が指令値受信部２０１として機能する。その他の構成については図２で説明した各構成と同様の機能を備えるので詳細な説明は省略する。

　以上、各実施の形態について説明した。各実施の形態において、制御装置２００を周波数制御装置として説明したが、制御装置２００を各電力使用者３０が有する負荷機器５００の電力の需給を制御する需給制御装置として用いることも可能である。

　また、図１および図１０で示したシステム構成図では、電力使用者３０が蓄電池４００を備える場合を例に示したが、本発明の実施の形態は必ずしもこの場合に限定されない。

　例えば、図１１に示すように、電力使用者３０ａ～３０ｎは蓄電池を備えている必要はなく、蓄電池を有するユーザ（建物）が少なくとも１つ制御装置２００と接続されていればよい。この場合、制御装置２００は、電力使用者３０ａ～３０ｎが備える負荷機器５００ａ～５００ｎそれぞれの電力特性と、少なくとも１つの蓄電池の電力特性とを用いて電力指令値に追従可能か否かを判断する。

　例えば、マンションの共用部に蓄電池を置く場合、制御装置２００は、このマンションの各部屋の負荷機器と、共用スペースの蓄電池とを用いて電力系統の周波数を制御することができる。

　例えば、役所或いは官公庁など、地域ごとに蓄電池を設ける場合、制御装置２００は、各地域内に存在する各電力使用者３０の負荷機器と地域ごとに設けられた蓄電池とを用いて電力系統の周波数を制御することができる。

　本発明は、電力使用者が備える負荷機器および蓄電池の中から、電力系統の周波数を安定化させるために動作させる機器を決定する周波数制御装置および周波数制御方法等に適用できる。

１０　系統運用者
２０　サービス事業者
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｎ　電力使用者
１００　情報処理装置
１０１　周波数情報取得部
１０２　偏差予測部
１０３　指令値生成部
１０４　指令値送信部
２００，１０００　制御装置
２０１　指令値受信部
２０２　メモリ
２０３　機器決定部
２０４　通信部
３００　コントローラ
３０１　取得部
３０２　第１の通信部
３０３　制御部
３０４　第２の通信部
４００　蓄電池
５００，５００ａ，５００ｂ，５００ｃ，５００ｎ　負荷機器

Claims

　少なくとも１つの負荷機器を制御対象とするコントローラ、および、蓄電池システムと通信ネットワークを介して接続するサーバにおける電力系統の周波数制御方法であって、
　電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱することが検知された場合に、前記電力系統の周波数を前記所定の範囲内に収めるための電力指令値を含む指令信号を取得し、
　前記負荷機器を動作させて前記指令信号に追従可能な場合には前記負荷機器を制御する制御信号を生成して前記コントローラに送信し、前記指令信号に追従不可能な場合には前記蓄電池システムを充放電させる制御信号を生成して前記蓄電池システムに送信する、
　周波数制御方法。
　前記電力指令値に対応する電力を前記電力系統との間でやり取りする周期が所定値以上の場合には前記負荷機器を制御し、前記周期が前記所定値よりも短い場合には前記蓄電池システムを充放電させる
　請求項１に記載の周波数制御方法。
　前記指令信号を取得するに応じて前記負荷機器の制御し、前記電力指令値に対応する電力を前記負荷機器と前記電力系統との間でやり取りする期間の中で、前記負荷機器を制御しても前記電力指令値に対して差分電力が生じる場合は、前記電力指令値に対する前記差分電力を前記蓄電池システムに充放電させる、
　請求項１に記載の周波数制御方法。
　前記電力系統の周波数を制御する周波数制御期間の終了時における前記蓄電池システムの残量が所定の目標値となるように前記負荷機器を制御する
　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の周波数制御方法。
　前記周波数制御期間における、前記蓄電池システムの電力変換ロスによって生じる電力を、前記負荷機器を制御して補うことにより、前記周波数制御期間の終了時における前記蓄電池システムの残量が前記所定の目標値となるように前記負荷機器を制御する、
　請求項４に記載の周波数制御方法。
　前記所定の目標値は、前記周波数制御期間の開始時における前記蓄電池の残量であり、
　前記周波数制御期間の開始時および終了時における前記蓄電池システムの残量が同じとなるように前記負荷機器を制御する、
　請求項５に記載の周波数制御方法。
　前記コントローラは複数の負荷機器を制御しており、
　前記サーバは、予め各負荷機器それぞれが示す電力特性に関する情報を記憶しており、
　前記複数の負荷機器それぞれが示す電力特性を組み合わせて得られる電力特性を用いて前記指令信号に追従できるか否か判断する、
　請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の周波数制御方法。
　前記負荷機器の電力特性と前記指令信号の波形との近似度が高いほど、前記負荷機器の所有者に提供するインセンティブを高く設定し、
　前記インセンティブが最も高くなる負荷機器の組み合わせを選択する、
　請求項７に記載の周波数制御方法。
　前記負荷機器の電力特性と前記指令信号の波形との近似度が高いほど、前記負荷機器の所有者に提供するインセンティブを高く設定し、
　前記インセンティブが所定の閾値よりも小さくなる場合、前記蓄電池を充放電させる
　請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の周波数制御方法。
　前記負荷機器は、家電機器、電気自動車、発電機、ポンプ、ヒータおよび冷凍機のうちの少なくとも１つであり、
　前記負荷機器の制御には、前記負荷機器の電力消費量の低下、および、前記負荷機器の電力消費量の増加を含む
　請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の周波数制御方法。
　少なくとも１つの負荷機器を制御対象とするコントローラ、および、蓄電池システムと通信ネットワークを介して接続するサーバであって、
　前記コントローラおよび前記蓄電池システムと通信する通信部と、
　電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱することが検知された場合に、前記電力系統の周波数を前記所定の範囲内に収めるための電力指令値を含む指令信号を取得する取得部と、
　前記負荷機器を動作させて前記指令信号に追従可能な場合には前記負荷機器を制御する制御信号を生成し、前記指令信号に追従不可能な場合には前記蓄電池システムを充放電させる制御信号を生成し、生成した前記制御信号を、前記通信部を介して前記コントローラおよび前記蓄電池システムに送信する制御部と、を備える
　サーバ。
　少なくとも１つの負荷機器を制御対象とするコントローラ、および、蓄電池システムと通信ネットワークを介して接続するサーバと、前記蓄電池システムとを有する周波数制御システムであって、
　前記サーバは、
　前記コントローラおよび前記蓄電池システムと通信する通信部と、
　電力系統の周波数が所定の範囲を逸脱することが検知された場合に、前記電力系統の周波数を前記所定の範囲内に収めるための電力指令値を含む指令信号を取得する取得部と、
　前記負荷機器を動作させて前記指令信号に追従可能な場合には前記負荷機器を制御する制御信号を生成し、前記指令信号に追従不可能な場合には前記蓄電池システムを充放電させる制御信号を生成し、生成した前記制御信号を、前記通信部を介して前記コントローラおよび前記蓄電池システムに送信する制御部と、を備え、
　前記蓄電池システムは、
　蓄電池と、
　前記制御信号を受信する受信部と、
　受信した制御信号に基づいて前記蓄電池の充放電を制御する制御部と、を備える、
　周波数制御システム。