WO2017179178A1

WO2017179178A1 - 電力管理システム

Info

Publication number: WO2017179178A1
Application number: PCT/JP2016/062045
Authority: WO
Inventors: 裕久保山
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-19
Also published as: DE112016006748T5; JP6026713B1; JPWO2017179178A1; US10749346B2; US20190052085A1; JP2017192283A; JP6234530B2; CN108886253A

Abstract

効率的に動作させることが可能な発電装置と蓄電装置とを備える電力管理システムを得ることを目的とし、発電装置である太陽電池１３からの発電電力を電力系統１と蓄電装置である蓄電池２３に供給する電力管理システム１００であって、発電電力が電力系統１に逆潮流しないように蓄電池２３に供給する充電電力及び太陽電池１３からの出力電力を制御する制御部５と、電力系統１の電圧を監視する電圧監視部６と、電力系統１の電流を監視する電流監視部７とを備え、制御部５は、電圧及び電流に基づいて電力系統１からの買電電力に従って、蓄電池２３への充電電力を制御し、蓄電池２３と太陽電池１３とは、各々異なる買電電力しきい値に従って制御される。

Description

電力管理システム

　本発明は、発電装置及び蓄電装置に接続される電力管理システムに関する。

　近年、太陽光発電に代表される自然エネルギーを利用した発電装置と、深夜の安価な電力を蓄電装置に蓄電し、蓄電装置に蓄電された電気エネルギーを昼間に住宅内の負荷で消費するシステムが普及しつつある。

　一方、発電装置の出力電力が電力系統へ逆潮流すると、電力系統の電圧が上昇する。そのため、電力系統の電圧がしきい値を超えた場合又は電力会社から電力系統への逆潮流を抑制するように要求があった場合には、発電装置からの出力電力を減少させることで、電力系統へ逆潮流する電力を減少させて、電力系統の電圧の上昇を抑制することが求められている。

　発電装置が自然エネルギーを利用して発電する場合には、発電装置からの出力電力を減少させると自然エネルギーの利用効率が低下してしまう。

　従来技術である特許文献１には、発電装置と蓄電装置とを備えて電力系統に接続された電力管理システムにおいて、電力系統の電圧がしきい値を超えた場合には、蓄電装置が充電を開始することが記載されている。特許文献１によれば、発電装置の出力電力を減少させずに、電力系統へ逆潮流する電力を減少させて、電力系統の電圧の上昇を抑制することができるとされている。

国際公開第２０１３／０１５２５６号

　上記の従来技術によれば、発電装置からの出力電力より蓄電装置への充電電力が大きい場合に、不足した電力を電力系統から買電する。また、蓄電装置の充電率がすぐに上昇すると、それ以上は充電できなくなるため、発電装置の出力電力を減少させざるを得ない時間が長くなり、発電装置の利用効率が低い。そのため、効率的な電力管理がなされていない、という問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率的に動作させることが可能な発電装置と蓄電装置とを備える電力管理システムを得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発電装置からの発電電力を電力系統と蓄電装置に供給する電力管理システムであって、前記発電電力が前記電力系統に逆潮流しないように前記蓄電装置に供給する充電電力及び前記発電装置からの出力電力を制御する制御部と、前記電力系統の電圧を監視する電圧監視部と、前記電力系統の電流を監視する電流監視部とを備え、前記制御部は、前記電圧及び前記電流に基づいて前記電力系統からの買電電力に従って、前記蓄電装置への充電電力を制御し、前記蓄電装置と前記発電装置とは、各々異なる買電電力しきい値に従って制御されることを特徴とする。

　本発明にかかる電力管理システムは、効率的に動作させることが可能な発電装置と蓄電装置とを備える電力管理システムを得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電力管理システムの一構成例を示す図図１に示す蓄電池への充電電力及び太陽電池からの出力電力を決定する制御部の一動作例を示すフローチャート実施の形態１における、負荷の消費電力、電力系統からの買電電力、蓄電池への充電電力及び太陽電池からの出力電力のタイミングチャートを示す図実施の形態２における蓄電池への充電電力を決定するタイミングチャートを示す図実施の形態３における蓄電池への充電電力及び蓄電池からの放電電力を決定するタイミングチャートを示す図実施の形態４に係る電力管理システムの一構成例を示す図実施の形態５における、負荷の消費電力、電力系統からの買電電力、蓄電池への充電電力及び太陽電池からの出力電力のタイミングチャートを示す図

　以下に、本発明の実施の形態にかかる電力管理システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る電力管理システムの一構成例を示す図である。図１に示す電力管理システム１００は、電力系統１、発電装置である太陽電池１３及び蓄電装置である蓄電池２３に接続されており、太陽電池用の電力変換部１４と、蓄電池用の電力変換部２４と、制御部５と、電圧監視部６と、電流監視部７とを備える。また、電力系統１及び電力変換部１４，２４は、住宅内の負荷２に接続されている。制御部５は、上位制御部８から逆潮流の抑制要求を受信する。上位制御部８は、電力供給側に設けられた制御部であり、電力供給側の一例は電力会社である。

　電圧監視部６は、電力系統１の電圧を監視する。電流監視部７は、電力系統１からの電流を監視し、制御部５は、電力系統１の電圧及び電力系統１からの電流を用いて、電力系統１からの買電電力を監視する。電力変換部１４は、太陽電池１３からの直流電力を交流電力に変換して電力系統１及び負荷２へ発電電力を供給する。電力変換部２４は、蓄電池２３からの直流電力を交流電力に変換して蓄電池２３から負荷２へ電力を供給し、電力系統１からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池２３へ充電電力を供給する。

　制御部５は、上位制御部８から逆潮流の抑制要求があった場合に、又は電圧監視部６の電圧が電圧しきい値を超えた場合に、買電電力が買電電力しきい値に達していれば、蓄電地２３への充電電力を増加させるべく電力変換部２４を制御し、又は太陽電池１３からの出力電力を減少させるべく電力変換部１４を制御する。なお、制御部５は、上位制御部８から逆潮流の抑制要求を受信して蓄電池２３への充電電力及び太陽電池１３からの出力電力を決定してもよい。また、制御部５は、電力系統１からの買電電力の目標値を受信して電力変換部１４及び電力変換部２４を制御して蓄電池２３への充電電力及び太陽電池１３からの出力電力を決定してもよい。また、制御部５は、蓄電池２３への充電電力及び太陽電池１３からの出力電力の目標値を受信して蓄電池２３への充電電力及び太陽電池１３からの出力電力を決定してもよい。

　図２は、図１に示す蓄電池２３への充電電力及び太陽電池１３からの出力電力を決定する制御部５の一動作例を示すフローチャートである。まず、処理をスタートし、制御部５は、上位制御部８から出力抑制要求があるか否かを判定し（Ｓ１１）、出力抑制要求がない場合（Ｓ１１：Ｎｏ）には、処理をエンドする。上位制御部８から出力抑制要求がある場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）には、制御部５は、逆潮流があるか否かを判定する（Ｓ１２）。ここで、買電電力が減少して買電電力しきい値に達した場合には逆潮流していると判定する。逆潮流がある場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）には、制御部５は、蓄電池２３への充電電力を増加できるか否かを判定する（Ｓ１３）。蓄電池２３への充電電力を増加できる場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）には、制御部５は、蓄電池２３への充電電力を増加させるべく電力変換部２４を制御する（Ｓ１４）。蓄電池２３への充電電力が最大充電電力に達しており、蓄電池２３への充電電力を増加できない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）には、制御部５は、太陽電池１３からの出力電力を減少させるべく電力変換部１４を制御する（Ｓ１５）。なお、最大充電電力は、蓄電池２３に充電可能な電力の上限値である。

　また、制御部５は、買電電力が増加して買電電力しきい値に達した場合には逆潮流していないと判定する。逆潮流がない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）には、制御部５は、太陽電池１３からの出力電力を増加できるか否かを判定する（Ｓ１６）。太陽電池１３からの出力電力を増加できる場合（Ｓ１６：Ｙｅｓ）には、太陽電池１３からの出力電力を増加させるべく電力変換部１４を制御する（Ｓ１７）。また、太陽電池１３からの出力電力が最大出力電力に達し、又は日射量が減少することで太陽電池１３からの出力電力を増加できない場合（Ｓ１６：Ｎｏ）には、蓄電池２３への充電電力を減少させるべく電力変換部２４を制御する（Ｓ１８）。なお、制御部５は、上位制御部８から逆潮流の抑制要求がなくなると処理をエンドし、定常動作に戻る。

　図３は、実施の形態１における、負荷２の消費電力、電力系統１からの買電電力、蓄電池２３への充電電力及び太陽電池１３からの出力電力のタイミングチャートを示す図である。図３において、制御部５は、区間Ａで消費電力が減少すると買電電力も減少する。買電電力が買電電力しきい値に達した場合には逆潮流していると判断し、区間Ｂでは蓄電池２３への充電電力を増加させている。また、制御部５は、区間Ｂで蓄電池２３への充電電力が最大充電電力に達すると、区間Ｃでは太陽電池１３からの出力電力を減少させる。なお、電流が電力系統から負荷及び電力変換部に流れる場合の電力を買電電力、電流が負荷及び電力変換部から電力系統に流れる場合の電力を売電電力とし、売電電力があれば逆潮流していることを示す。

実施の形態２．
　図４は、実施の形態２における蓄電池２３への充電電力を決定するタイミングチャートを示す図である。制御部５は、上位制御部８から逆潮流を抑制するスケジュール情報を受信してもよく、このスケジュール情報で設定された開始時刻になると、実施の形態１の制御手段で蓄電池２３への充電を開始し、スケジュール情報で設定された終了時刻になると、制御部５は定常動作に戻る。なお、逆潮流を抑制する時間帯に、蓄電池２３の充電率が充電上限値に達した場合には、蓄電池２３に充電できなくなるため、制御部５は、太陽電池１３からの出力電力を減少させるべく電力変換部１４を制御する。

実施の形態３．
　図５は、実施の形態３における蓄電池２３への充電電力及び蓄電池２３からの放電電力を決定するタイミングチャートを示す図である。実施の形態２では、逆潮流を抑制する時間帯に、蓄電池２３の充電率が充電上限値に達した場合には、蓄電池２３に充電できず、太陽電池１３からの出力電力を減少させてしまうという問題があった。実施の形態３では、上記に鑑みて、スケジュール情報で設定された開始時刻になる前に、蓄電池２３から負荷２に放電して充電率を低下させることで、蓄電池２３に充電できる時間を長くして、太陽電池１３の出力電力を減少させる時間を短くする。なお、逆潮流を抑制する時間帯であっても、太陽電池１３の出力電力より負荷２の消費電力が大きい場合には、蓄電池２３から放電して充電率を低下させてもよい。

実施の形態４．
　図６は、実施の形態４に係る電力管理システムの一構成例を示す図である。図６に示す電力管理システム１００ａは、図１に示す制御部５、電圧監視部６及び電流監視部７に代えて、太陽電池用の制御部１５、太陽電池用の電圧監視部１６、太陽電池用の電流監視部１７、蓄電池用の制御部２５、蓄電池用の電圧監視部２６及び蓄電池用の電流監視部２７を備える。

　また、負荷２は、図１と同様に、太陽光発電用の電力変換部１４と蓄電池用の電力変換部２４と、電力系統１とに接続される。さらに、制御部１５，２５は、上位制御部８ａから逆潮流の抑制要求を各々受信する構成であってもよく、上位制御部８ａから逆潮流の抑制要求を受信した電力管理システム１００ａ内の図示しない上位制御部から要求を各々受信する構成であってもよい。実施の形態４は、太陽電池１３と蓄電池２３とが個別に導入される場合に適用することができる。

　電圧監視部１６、電流監視部１７、電圧監視部２６及び電流監視部２７は、電力系統１の電圧及び電力系統１からの電流を監視する。なお、電圧監視部１６及び電圧監視部２６は共通の構成としてもよく、電流監視部１７及び電流監視部２７は共通の構成としてもよく、１つの電圧監視部と１つの電流監視部とが制御部１５と制御部２５に各々接続される構成であってもよい。

　制御部１５は、上位制御部８ａから逆潮流の抑制要求があった場合、又は電圧監視部１６の電圧が電圧しきい値を超えた場合には、買電電力が買電電力しきい値に達していれば、太陽電池１３からの出力電力を減少させる。制御部２５は、上位制御部８ａから逆潮流の抑制要求があった場合、又は電圧監視部２６の電圧が電圧しきい値を超えた場合には、買電電力が買電電力しきい値に達していれば、蓄電池２３への充電電力を増加させる。

　なお、制御部１５は、上位制御部８ａから、逆潮流の抑制要求を受信して太陽電池１３からの出力電力を決定してもよい。又は、制御部１５は、電力系統１からの買電電力の目標値を受信して太陽電池１３からの出力電力を決定してもよい。又は、制御部１５は、太陽電池１３からの出力電力の目標値を受信して太陽電池１３からの出力電力を決定してもよい。また、制御部２５は、上位制御部８ａから、逆潮流の抑制要求を受信して蓄電池２３への充電電力を決定してもよい。又は、制御部２５は、電力系統１からの買電電力の目標値を受信して蓄電池２３への充電電力を決定してもよい。又は、制御部２５は、蓄電池２３への充電電力の目標値を受信して蓄電池２３への充電電力を決定してもよい。

実施の形態５．
　図７は、実施の形態５における、負荷２の消費電力、電力系統１からの買電電力、蓄電池２３への充電電力及び太陽電池１３からの出力電力のタイミングチャートを示す図である。実施の形態４では、太陽電池と蓄電池とが個別に導入される場合を想定しており、制御部１５と制御部２５とは、各々の協調をとるために、上位制御部８ａで監視して制御し、又は制御部１５と制御部２５との間で情報を送受信して双方で制御する必要があるという問題があった。実施の形態５では、上記に鑑みて、制御部１５の買電電力しきい値より、制御部２５の買電電力しきい値を大きく設定することで、太陽電池１３からの出力電力を減少させるよりも、蓄電池２３への充電電力を増加させることを優先する。すなわち、電力変換部１４と電力変換部２４とは、各々異なる買電電力しきい値に従って制御している。図７において、制御部２５は、区間Ａで消費電力が減少すると買電電力も減少する。買電電力が減少して買電電力しきい値に達した場合には逆潮流していると判断し、区間Ｂでは蓄電池２３への充電電力を増加させている。また、制御部１５は、区間Ｂで蓄電池２３への充電電力が最大充電電力に達し、区間Ｃで消費電力が減少すると、買電電力が減少して買電電力しきい値に達した場合には逆潮流していると判断して、区間Ｄで太陽電池１３からの出力電力を減少させる。

　実施の形態１から実施の形態５にて説明した電力管理システムは、発電装置と蓄電装置とを備え、逆潮流を抑制する電力管理システムに適している。

　なお、本発明の発電装置は、太陽電池に限定されるものではなく、燃料電池又は風力発電装置であってもよい。また、本発明の蓄電装置は、定置型蓄電池に限定するものではなく、電動車両に搭載された蓄電池であってもよい。

　従来技術によれば、発電装置からの出力電力より蓄電装置への充電電力が大きい場合には、不足した電力を電力系統から買電する。そのため、発電装置が太陽電池であれば、昼間の高価な電気代で買電してしまい、コスト上非効率である。また、蓄電装置の充電率がすぐに上昇すると、それ以上は充電できなくなり、発電装置の出力電力を減少させる時間が長くなり、発電装置の利用効率が低い。

　実施の形態１から実施の形態５にて説明した電力管理システムは、電力系統の電圧が電圧しきい値を超えた場合又は電力会社から電力系統への逆潮流を抑制する要求があった場合には、蓄電装置への充電電力を調整して充電することで電力系統からの買電を可能な限り抑え、発電装置の出力電力を減少させる時間を短くして発電装置の利用効率の低下を可能な限り抑えることができる。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　電力系統、２　負荷、５，１５，２５　制御部、６，１６，２６　電圧監視部、７，１７，２７　電流監視部、８，８ａ　上位制御部、１３　太陽電池、１４，２４　電力変換部、２３　蓄電池、１００，１００ａ　電力管理システム。

Claims

　発電装置からの発電電力を電力系統と蓄電装置に供給する電力管理システムであって、
　前記発電電力が前記電力系統に逆潮流しないように前記蓄電装置に供給する充電電力及び前記発電装置からの出力電力を制御する制御部と、
　前記電力系統の電圧を監視する電圧監視部と、
　前記電力系統の電流を監視する電流監視部とを備え、
　前記制御部は、前記電圧及び前記電流に基づいて前記電力系統からの買電電力に従って、前記蓄電装置への充電電力を制御し、
　前記蓄電装置と前記発電装置とは、各々異なる買電電力しきい値に従って制御されることを特徴とする電力管理システム。
　前記制御部は、外部からスケジュール情報を受信した場合には、前記スケジュール情報に従って前記電力系統への逆潮流を抑制することを特徴とする請求項１に記載の電力管理システム。
　前記制御部は、前記スケジュール情報から前記蓄電装置への充電電力を制御することを特徴とする請求項２に記載の電力管理システム。