WO2021153203A1 - 電力需給調整システムおよび電力需給調整方法 - Google Patents

電力需給調整システムおよび電力需給調整方法 Download PDF

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康寛 松永
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    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy

Definitions

  • the present invention relates to a power supply and demand adjustment system in a combined power system composed of a plurality of power systems.
  • the supply and demand of electric power is adjusted based on the information obtained from the external organization. However, if the server of the external organization or the communication infrastructure goes down for some reason, the supply and demand adjustment is performed. The electricity price to be set cannot be set. In addition, supply and demand adjustment will not be successful.
  • an object of the present invention is to provide a power supply and demand between a plurality of power systems in a composite power system composed of a plurality of power systems without having to depend on a server or a communication infrastructure of an external organization. It is to provide a system that can be adjusted effectively.
  • a mode of the power supply / demand adjustment system is to supply and supply power between the plurality of power systems in a composite power system including a main DC bus and a plurality of power systems connected to the main DC bus. It ’s a system for adjusting, At least one of the plurality of power systems includes a DC bus connected to the main DC bus, one or more power generation devices connected to the DC bus to generate power using natural energy, and an electric power business. It is a renewable energy utilization power system having at least a system power supply device that receives commercial power from a person and a power storage device that charges or discharges between the DC bus, and the one or more power generation devices, the system.
  • a difference in each output voltage that can be output to the DC bus is preset between at least two of the power supply device and the power storage device, and
  • Each of the plurality of electric power systems is characterized by having a current meter for measuring the amount and direction of the current flowing between the main DC bus and the main DC bus.
  • a recording unit that records the measured values of the amount and direction of the current measured by each of the current meters, and It is preferable to have a calculation unit for determining the amount of power sold or purchased for each other power system of each power system based on the measured value recorded in the recording unit.
  • the calculation unit determines the amount of power sold or purchased for each other power system of each power system based on the integrated value of the measured amount and direction of the current.
  • a voltage meter for measuring the voltage of the main DC bus is further provided.
  • the calculation unit determines the amount of power sold or purchased for each other power system of each power system based on the measured instantaneous value of the amount and direction of the current and the measured voltage of the main DC bus. do.
  • at least one of the power systems has a load device connected to the DC bus.
  • at least one said power system has only a load device.
  • a mode of the power supply / demand adjustment method includes a main DC bus and a plurality of power systems connected to the main DC bus, respectively, and at least one of the plurality of power systems is connected to the main DC bus.
  • the amount and direction of the current flowing between each of the plurality of power systems and the main DC bus are measured, and the amount of power sold or purchased for each power system is determined based on the measured amount and direction of the current. It is characterized by doing.
  • the electric power price can be easily set.
  • it is possible to quickly determine and provide electricity prices that reflect the supply and demand situation.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of an electric power supply and demand adjustment system according to the first embodiment of the present invention. It is a block diagram explaining the operation of the electric power system 1 shown in FIG.
  • FIG. 3 shows an example of a state in which the voltage of the main DC bus MB of the combined power system is fixed.
  • FIG. 4 shows an example of the measured values of the current meters in each power system when the power supply and demand balance of the entire power system is determined as shown in FIG.
  • FIG. 5 shows an example of a state in which a surplus is generated in the generated power and the voltage of the main DC bus MB rises to 290 V after the states shown in FIGS. 3 and 4 are reached.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of an electric power supply and demand adjustment system according to the first embodiment of the present invention.
  • the electric power supply / demand adjustment system of the present invention is incorporated in a combined electric power system including a main DC bus MB and a plurality of electric power systems 1 to 4 connected to the main DC bus MB, respectively. Further, the power supply and demand adjustment method of the present invention is applied to such a combined power system, and is executed by the system.
  • the electric power systems 1 to 3 are natural energy utilization electric power systems having one or a plurality of power generation devices that generate electric power by using natural energy.
  • the natural energy utilization power system 1 has a DC bus B1 connected to the main DC bus MB, and has a plurality of power generation devices connected to the DC bus B1 to generate power using natural energy.
  • a solar power generation device 11, a wind power generation device 12, and a hydroelectric power generation device 13 are provided.
  • the renewable energy utilization power system 1 is further connected to a power storage device 16 that charges and discharges power to and from the DC bus B1 and a system power supply device 15 that receives commercial power.
  • a load device 17 whose electric power is consumed by the consumer who owns the electric power system 1 is further connected.
  • the renewable energy utilization power system 2 has a DC bus B2 connected to the main DC bus MB.
  • a power generation device connected to the DC bus B2 it has a solar power generation device 21, a wind power generation device 22, and a diesel power generation device 24.
  • the renewable energy utilization power system 2 is further connected to a power storage device 26 that charges and discharges power to and from the DC bus B2, and a system power supply device 25 that receives commercial power.
  • a load device 27 is further connected, in which the consumer who owns the power system 2 consumes power.
  • the renewable energy utilization power system 3 has a DC bus B3 connected to the main DC bus MB.
  • a power generation device that generates power using natural energy connected to the DC bus B3 it has a solar power generation device 31 and a wind power generation device 32.
  • the renewable energy utilization power system 3 is further connected to a power storage device 36 that charges and discharges power to and from the DC bus B3, and a system power supply device 35 that receives commercial power.
  • a load device 37 whose electric power is consumed by the consumer who owns the electric power system 3 is further connected.
  • Each of the power generation devices, power storage devices, and system power supply devices of the power systems 1 to 3 is equipped with a device (not shown) for converting to a predetermined DC voltage, and DC power is supplied to the DC buses B1 to B3, respectively. Is supplying or receiving power. A current can flow in and out of each of the DC buses B1 to B3 and the main DC bus MB under various conditions, that is, a current can flow in both directions.
  • the electric power systems 1 to 3 have current meters 18, 28, and 38 for measuring the amount and direction of the bidirectional current flowing between the main DC bus MB and the main DC bus MB, respectively.
  • the power system 4 Since the power system 4 having only the system power supply device 45 basically only supplies power to the main DC bus MB, the direction of the current is one direction.
  • the power system 4 also has a current meter 48 that measures the amount of current flowing through the main DC bus MB.
  • Output voltages are preset in the photovoltaic power generation device 11, the wind power generation device 12, the hydroelectric power generation device 13, and the system power supply device 15, respectively.
  • the output voltage of each device is 300V for the wind power generation device 11, 280V for the solar power generation device 12, 290V for the hydroelectric power generation device 13, and 270V for the system power supply device 15.
  • the "output voltage” here is an upper limit voltage that can be output to the DC bus B1 when the voltage of the DC bus B1 is equal to or lower than the output voltage.
  • an output voltage (for example, 270V) is preset in the system power supply device 45.
  • the output voltage settings may be different for each power system, or may be the same. The higher the set output voltage is, the more preferentially the device is used.
  • the photovoltaic power generation devices 11, 21, 31, the wind power generation devices 12, 22, 32, and the hydroelectric power generation device 13 do not output a voltage to the DC buses B1 to B3 when they are not generating power.
  • the power storage devices 16, 26, and 36 each have a battery and a charging / discharging device, and input / output current in a predetermined voltage range.
  • the voltages of the power storage devices 16, 26, and 36 have a substantially correlation with the remaining amount of the battery. If the voltage of the power storage devices 16, 26, and 36 is high, the remaining amount of the battery is large, and if the voltage is low, the charging capacity is low.
  • the voltages of the power storage devices 16, 26, and 36 vary, for example, in the range of 230V to 300V.
  • the power storage devices 16, 26, and 36 are basically discharged when the voltage is higher than the voltage of the DC buses B1, B2, and B3, and charged when the voltage is lower than the voltage of the DC buses B1, B2, and B3.
  • load devices 17, 27, and 37 operate when the voltages of the DC buses B1, B2, and B3 are between 230V and 300V, respectively.
  • a device with a higher output voltage is the device that is used with higher priority.
  • the same output voltage may be set for multiple devices, in which case they will have the same priority. However, a difference is set in the output voltage that can be output to the DC bus between at least two of the plurality of devices included in one power system.
  • the operation in one electric power system will be described by taking the electric power system 1 shown in FIG. 1 as an example.
  • the power storage device 16, the photovoltaic power generation device 11, the wind power generation device 12, the hydroelectric power generation device 13, and the system power supply device 15 are preferentially used as the set output voltage is higher.
  • the power storage device 16, the photovoltaic power generation device 11, the wind power generation device 12, the hydroelectric power generation device 13, and the grid power generation device 15 all have or can supply power, the wind power generation device 12 having the highest output voltage is used. It is output with priority. Whether or not the other device is output depends on the power consumption of the load device 17.
  • the photovoltaic power generation device 11 when the load device 17 consumes 1 kW, the photovoltaic power generation device 11 generates 300 W, the wind power generation device 12 generates 300 W, and the hydroelectric power generation device 13 generates 400 W.
  • the total will be 1 kW, and the supply and demand will be well-balanced.
  • the voltage of the DC bus B1 is 280 V of the photovoltaic power generation device 11 having the lowest output voltage.
  • This operation is actually performed instantly, but it is performed as follows in chronological order.
  • the power of the wind power generation device 12 having the highest priority set to the highest output voltage of 300 V is preferentially used. That is, electric power is output from the wind power generator 12 to the DC bus B1.
  • the voltage of the DC bus B1 drops to 290V.
  • the voltage of the DC bus B1 reaches 290V
  • electric power starts to be output from the hydroelectric power generation device 13 having a set output voltage of 290V.
  • the voltage of the DC bus B1 drops to 280V because the electric power is insufficient.
  • the electric power starts to be output from the photovoltaic power generation device 11 having the set output voltage of 280V, and finally becomes stable in balance with the electric power demand of the load device 17.
  • the voltage of the DC bus B1 fluctuates so as to balance with the power demand of the load equipment.
  • the higher the voltage of the DC bus B1 the more surplus power is in the supply-side device such as the wind power generator 12, and the lower the voltage of the DC bus B1, the less surplus power is in the supply-side device.
  • the same operation as described above is executed in each power system.
  • the voltages of the DC buses B1 to B4 of the power systems 1 to 4 are stabilized when they are balanced.
  • the same operation is executed in the combined power system, which is an entire system including the power systems 1 to 4 and the main DC bus MB.
  • the voltage of the main DC bus MB stabilizes where the power on the supply side and the power on the demand side are balanced. The higher the voltage of the main DC bus MB, the more surplus power the power system on the supply side including the wind power generator and the like, and the lower the voltage of the main DC bus MB, the less the surplus power in the power system on the supply side.
  • FIG. 2 shows, as an example, a recording unit 181 and a calculation unit 182 provided in the current meter 18 of the electric power system 1.
  • the recording unit 181 has a function of recording the measured values of the amount and direction of the current measured by the current meter 18. Recording of the measured value of the current can be performed continuously, for example. In another example, when the voltage of the DC bus B1 is substantially stable, it can be detected by a voltmeter (not shown), and the instantaneous value of the current at that time can be recorded as a measured value.
  • the calculation unit 182 executes a power price determination method described later based on the measured value recorded by the recording unit 181 and performs a calculation for determining the amount of power sale or purchase of each power system.
  • the arithmetic unit 182 can be executed by a processor that executes a predetermined program, for example, a CPU of a computer.
  • FIG. 2 further shows a voltmeter 8 for measuring the voltage of the main DC bus MB and an integrated calculation unit 9 as an example.
  • the integrated calculation unit 9 can also perform a calculation for determining the amount of power sale or purchase of each power system in place of the calculation unit 182 of each power system.
  • the integrated calculation unit 9 can be owned and managed by, for example, the administrator of the entire combined power system. In that case, the integrated calculation unit 9 acquires the measured value of the current from the recording unit 181 of the current meter 18 of each power system, and calculates the power price based on the measured value of the current.
  • the voltage of the main DC bus MB such as the voltmeter 8 may be acquired, and the calculation related to the electric power price may be performed based on the voltage.
  • the integrated arithmetic unit 9 can also be executed by a processor that executes a predetermined program, for example, a CPU of a computer.
  • each electric power system shall be an electric power system owned by each consumer.
  • the electric power supply and demand adjustment system of the present invention provides an incentive for each consumer to adjust the electric power supply and demand of his / her own electric power system. In other words, it is an incentive to suppress demand when the electricity price rises and to promote demand when the electricity price decreases.
  • Each consumer owns a power generation device, a grid power supply device, and a load device in the power system, and sells and buys power to other power systems (for example, power systems 1 to 3 in FIG. 1). You may own only the power supply device, but in this case, only sell the power (for example, the power system 4 in FIG. 1).
  • Each electric power system may be installed in a permanently installed infrastructure such as a general household or a factory, or may be installed in a temporarily installed infrastructure such as a container house or a unit house.
  • FIG. 3 shows an example of a state in which the voltage of the main DC bus MB of the combined power system is determined at a certain moment. That is, it is assumed that the voltage of the main DC bus MB is finally balanced and becomes a stable instantaneous value, for example, 280V.
  • the power system 1 has a DC bus B1 voltage of 300 V
  • the power system 2 has a DC bus B2 voltage of 280 V
  • the power system 3 has a DC bus B3 voltage of 270 V
  • the power system 4 has a DC bus B4.
  • the voltage of is determined by the instantaneous value of 270V.
  • FIG. 4 shows when the instantaneous values of the voltages of the DC buses B1 to B4 of the power systems 1 to 4 and the voltage of the main DC bus MB of the combined power system are determined as shown in FIG. 3, that is, the entire combined power power system.
  • FIG. 3 An example of the measured values of the current meters 18, 28, 38, and 48 of the power systems 1 to 4 when the power supply and demand balance is determined is shown.
  • the measured current When the measured current is positive, it means that the power system is supplying power to the main DC bus MB. That is, the power is supplied because the power in the power system is surplus.
  • the measured current When the measured current is negative, it means that the power system is consuming power from the main DC bus MB. That is, the power in the power system is insufficient.
  • the power system 1 when the voltage of the main DC bus MB is 280 V, the power system 1 supplies power with a current of 10 A, the power system 2 supplies power with a current of 5 A to the main DC bus MB, and the power system 3 supplies power with a current of 15 A. Consume from DC bus MB.
  • the power system 4 since the voltage of the DC bus B4 is lower than that of the main DC bus MB (see FIG. 3), no current flows (0A).
  • FIG. 5 shows a state in which the voltage of the main DC bus MB rises to 290 V due to a surplus in the generated power of the entire combined power system after the states shown in FIGS. 3 and 4.
  • the power supplied from each of the power systems 1 to 4 to the main DC / DC bus MB and the power consumption from the main DC bus MB do not change.
  • the measured values of the current meters 18, 28, 38, and 48 were 9.7A for the power system 1, 4.8A for the power system 2, and 4.8A for the power system 3. -14.5A, power system 4 is 0.0A.
  • the absolute value of each current value is reduced.
  • a current meter continuously measures the current.
  • the measured value is recorded in the recording unit 181 shown in FIG. 2, for example.
  • the calculation unit 182 or the integrated calculation unit 9 shown in FIG. 2 uses the continuously recorded measured values and integrates the measured amount and direction (plus or minus) of the measured current for a predetermined period. .. Based on the integrated value, the amount of power sold or purchased for another power system of the power system provided with the current meter can be determined.
  • the current meter measures the instantaneous value of the current when the voltage of the DC bus and the voltage of the main DC bus are balanced and stable or almost stable.
  • the measured value is recorded in the recording unit 181 shown in FIG. 2, for example.
  • the voltmeter 8 shown in FIG. 2 records the instantaneous value of the voltage of the main DC bus.
  • the arithmetic unit 182 or the integrated arithmetic unit 9 shown in FIG. 2 determines the current meter based on the instantaneous value of the amount and direction of the current measured by the current meter and the instantaneous value of the voltage of the main DC bus. It is possible to determine the amount of power sold or purchased for other power systems of the power system provided with.
  • the present invention it is possible to easily determine the electric power price that reflects the supply and demand of electric power only by installing a current meter between each electric power system and the main DC bus MB in the combined electric power system. Therefore, it is possible to quickly provide the electricity price that reflects the supply and demand situation. Further, according to the present invention, even if the external engine server goes down or the communication infrastructure goes down for some reason, the power price can be set to reflect the supply and demand adjustment, and the supply and demand adjustment is possible.
  • a consumer who owns an electric power system gives an incentive to suppress demand (consumption) when the purchase price increases, and to promote demand (consumption) when the purchase price decreases. Be done.
  • This adjustment of demand acts as a negative feedback with respect to the voltage of the main DC bus MB.
  • the voltage of the main DC bus MB fluctuates within an appropriate range.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
  • the electric power systems 1, 2 and 3 for supplying electric power and the electric power systems 4, 5 and 6 for consuming electric power owned by the consumers 4a, 5a and 6a are separately provided.
  • Current meters 48, 58, 68 are also installed between the load devices 47, 57, 67 of the power systems 4, 5, and 6 and the main DC bus MB.
  • the electric power systems 1, 2 and 3 only generate electricity, and the electric power systems 4, 5 and 6 only consume.
  • the administrator of the electric power systems 1, 2 and 3 may be the administrator of the entire combined electric power system. Such an administrator can also supply power to the power systems 4, 5 and 6 and obtain power sales income from each of the consumers 4a, 5a and 6a.

Abstract

主幹直流バスと、複数の電力システムとを備えた複合電力システムにおける電力システム相互間の電力需給を調整する。 複数の電力システムのうち少なくとも１つが、主幹直流バスに接続された直流バスと、自然エネルギーを利用して発電する１または複数の発電装置と、電力事業者からの商用電力を受電する系統電源装置と、直流バスとの間で充電または放電を行う蓄電装置とを少なくとも有する自然エネルギー利用電力システムであり、かつ１または複数の発電装置、系統電源装置および蓄電装置のうち少なくとも２つの装置の間に、直流バスに対して出力可能となる各々の出力電圧における差が予め設定されており、かつ、複数の電力システムの各々が、主幹直流バスとの間に流れる電流の量および向きを計測する電流メータをそれぞれ有することを特徴とする電力需給調整システムである。

Description

電力需給調整システムおよび電力需給調整方法
　本発明は、複数の電力システムから構成される複合電力システムにおける電力需給調整システムに関する。
　近年、自然エネルギーを活用した地域エネルギーマネージメントシステムやビルエネルギーマネージメントシステムなどが、注目されている。それらのシステムで共通した課題としては、自然エネルギーで発生した電力の活用を最大化し、電力会社からの系統電力の購入を最小化することである。また、発生した電力を過不足なく供給側に送ることである。
特許第６１５００７２号明細書 特開２００３－８７９６９号公報
上記、参考文献１、２は、外部機関から入手した情報をもとに電力の需給調整を行っているが、何らかの理由により、外部機関サーバダウンや通信インフラのダウンが起こった場合、需給調整により行う電力価格の設定ができない。また、需給調整が上手くいかなくなる。
　上記の点に鑑み、本発明の目的は、複数の電力システムから構成される複合電力システムにおいて、外部機関のサーバや通信インフラに依存する必要がなく、複数の電力システムの相互間の電力需給を効果的に調整できるシステムを提供することである。
　上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。
・　本発明による電力需給調整システムの態様は、主幹直流バスと、前記主幹直流バスにそれぞれ接続された複数の電力システムとを備えた複合電力システムにおける前記複数の電力システムの相互間の電力需給を調整するためのシステムであって、
　前記複数の電力システムのうち少なくとも１つが、前記主幹直流バスに接続された直流バスと、前記直流バスにそれぞれ接続された、自然エネルギーを利用して発電する１または複数の発電装置と、電力事業者からの商用電力を受電する系統電源装置と、前記直流バスとの間で充電または放電を行う蓄電装置とを少なくとも有する自然エネルギー利用電力システムであり、かつ前記１または複数の発電装置、前記系統電源装置および前記蓄電装置のうち少なくとも２つの装置の間に、前記直流バスに対して出力可能となる各々の出力電圧における差が予め設定されており、かつ、
　前記複数の電力システムの各々が、前記主幹直流バスとの間に流れる電流の量および向きを計測する電流メータをそれぞれ有することを特徴とする。
・　上記態様のシステムにおいて、各前記電流メータにより計測された電流の量および向きの計測値を記録する記録部と、
　前記記録部に記録された計測値に基づいて、各電力システムの他の電力システムに対する売電または買電の金額を決定する演算部とを有することが、好適である。
・　一つの例示形態として、前記演算部が、計測された電流の量および向きの積算値に基づいて、各電力システムの他の電力システムに対する売電または買電の金額を決定する。
・　別の例示形態として、前記主幹直流バスの電圧を計測する電圧メータをさらに有し、
　　前記演算部が、計測された電流の量および向きの瞬時値と、計測された前記主幹直流バスの電圧とに基づいて、各電力システムの他の電力システムに対する売電または買電の金額を決定する。
・　上記態様のシステムにおいて、一例として、少なくとも１つの前記電力システムが、前記直流バスに接続された負荷機器を有する。
・　上記態様のシステムにおいて、一例として、少なくとも１つの前記電力システムが、負荷機器のみを有する。
・　上記態様のシステムにおいて、一例として、少なくとも１つの前記電力システムが、商用電力を受電する系統電源装置のみを有する。
・　本発明による電力需給調整方法の態様は、主幹直流バスと、前記主幹直流バスにそれぞれ接続された複数の電力システムとを備え、前記複数の電力システムのうち少なくとも１つが、前記主幹直流バスに接続された直流バスと、前記直流バスにそれぞれ接続された、自然エネルギーを利用して発電する１または複数の発電装置と、電力事業者からの商用電力を受電する系統電源装置と、前記直流バスとの間で充電または放電を行う蓄電装置とを有する自然エネルギー利用電力システムであり、かつ前記発電装置、前記系統電源装置および前記蓄電装置のうち少なくとも２つの装置の間に、前記直流バスに対して出力可能となる各々の出力電圧における差が予め設定されている、複合電力システムにおける前記複数の電力システムの相互間の電力需給を調整するための方法であって、
　前記複数の電力システムの各々と前記主幹直流バスとの間に流れる電流の量および向きを計測し、計測された電流の量および向きに基づいて各電力システムの売電または買電の金額を決定することを特徴とする。
　本発明によれば、電力価格を簡易に設定できる。また、需給状況を反映した電力価格を迅速に決定し、提供できる。
図１は、本発明の第１の実施形態による電力需給調整システムの一例を概略的に示すブロック図である。 図１に示した電力システム１の動作を説明するブロック図である。 図３は、複合電力システムの主幹直流バスＭＢの電圧が決まった状態の一例を示す。 図４は、図３のように全体の電力システムの電力需給バランスが決まるときの、各電力システム内の電流メータの計測値の一例を示している。 図５は、図３および図４の状態となった後、発生電力に余剰が発生し、主幹直流バスＭＢの電圧が２９０Ｖまで上昇した状態の一例示す。 図６は、本発明の第２の実施形態を示す。
　以下、例示的形態を示した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態による電力需給調整システムの一例を概略的に示すブロック図である。本発明の電力需給調整システムは、主幹直流バスＭＢと、主幹直流バスＭＢにそれぞれ接続された複数の電力システム１～４とを備えた複合電力システムに組み込まれている。また、本発明の電力需給調整方法は、このような複合電力システムに適用され、当該システムにより実行される。
　複数の電力システム１～４のうち、電力システム１～３は、自然エネルギーを利用して発電する１または複数の発電装置を有する自然エネルギー利用電力システムである。
　自然エネルギー利用電力システム１は、主幹直流バスＭＢに接続された直流バスＢ１を有し、直流バスＢ１に接続された、自然エネルギーを利用して発電する複数の発電装置を有する。ここでは一例として、太陽光発電装置１１、風力発電装置１２、および水力発電装置１３を有する。自然エネルギー利用電力システム１はさらに、直流バスＢ１との間で電力の充放電を行う蓄電装置１６、商用電力を受電する系統電源装置１５が接続されている。この例ではさらに、この電力システム１を所有する需要家が電力を消費する負荷機器１７が接続されている。
　同様に、自然エネルギー利用電力システム２は、主幹直流バスＭＢに接続された直流バスＢ２を有する。直流バスＢ２に接続された発電装置として、太陽光発電装置２１、風発電装置２２、およびディーゼル発電装置２４を有する。自然エネルギー利用電力システム２はさらに、直流バスＢ２との間で電力の充放電を行う蓄電装置２６、商用電力を受電する系統電源装置２５が接続されている。この例ではさらに、この電力システム２を所有する需要家が電力を消費する負荷機器２７が接続されている。
　同様に、自然エネルギー利用電力システム３は、主幹直流バスＭＢに接続された直流バスＢ３を有する。直流バスＢ３に接続された自然エネルギーを利用して発電する発電装置として、太陽光発電装置３１および風力発電装置３２を有する。自然エネルギー利用電力システム３はさらに、直流バスＢ３との間で電力の充放電を行う蓄電装置３６、商用電力を受電する系統電源装置３５が接続されている。この例ではさらに、この電力システム３を所有する需要家が電力を消費する負荷機器３７が接続されている。
　電力システム４は、主幹直流バスＭＢに接続された直流バスＢ４に商用電力を受電する系統電源装置４５のみが接続されている。
　電力システム１～３がそれぞれ有する各発電装置、蓄電装置、および系統電源装置には、所定の直流電圧に変換する装置（図示せず）が備わっており、それぞれ直流バスＢ１～Ｂ３に直流の電力を給電または受電している。直流バスＢ１～Ｂ３の各々と主幹直流バスＭＢとの間では、諸処の条件下で電流が入出し、すなわち双方向に電流が流れることができる。電力システム１～３は、主幹直流バスＭＢとの間に流れる双方向の電流の量および向きをそれぞれ計測する電流メータ１８、２８、３８をそれぞれ有する。
　系統電源装置４５のみを有する電力システム４は、基本的に主幹直流バスＭＢに給電するのみであるので電流の向きは一方向である。電力システム４も主幹直流バスＭＢへ流れる電流の量を計測する電流メータ４８を有する。
　自然エネルギー利用電力システムである電力システム１～３に共通する構成について、図１の電力システム１を参照して説明する。太陽光発電装置１１、風力発電装置１２、水力発電装置１３、および系統電源装置１５には、出力電圧がそれぞれ予め設定されている。例えば、各装置の出力電圧として、風力発電装置１１を３００Ｖ、太陽光発電装置１２を２８０Ｖ、水力発電装置１３を２９０Ｖ、系統電源装置１５を２７０Ｖとする。ここでの「出力電圧」とは、直流バスＢ１の電圧が当該出力電圧以下のときに直流バスＢ１に対して出力可能となる上限電圧である。
　電力システム２、３も同様である。さらに電力システム４も、系統電源装置４５に出力電圧（例えば２７０Ｖ）が予め設定されている。同種類の装置（例えば電力システム１の風力発電装置１２と電力システム２の風力発電装置２２）であっても、電力システムごとに出力電圧の設定を異ならせてもよく、同じとしてもよい。設定された出力電圧が高い装置ほど、優先的に使用される装置となる。
　また、太陽光発電装置１１、２１、３１、風力発電装置１２、２２、３２、水力発電装置１３は、発電していない場合、直流バスＢ１～Ｂ３に電圧を出力しない。
　蓄電装置１６、２６、３６は、バッテリおよび充放電装置をそれぞれ有しており、所定の電圧範囲で電流を入出力している。蓄電装置１６、２６、３６の電圧は、バッテリの残量とおおよそ相関関係があり、蓄電装置１６、２６、３６の電圧が高ければバッテリの残量が多く、低ければ充電容量が少ない。蓄電装置１６、２６、３６の電圧は、例えば２３０Ｖ～３００Ｖの範囲で変化する。蓄電装置１６、２６、３６は、基本的に、その電圧が直流バスＢ１、Ｂ２、Ｂ３の電圧より高い場合は放電し、低い場合は充電される。
　また、負荷機器１７、２７、３７は、それぞれ直流バスＢ１、Ｂ２、Ｂ３の電圧が２３０Ｖ～３００Ｖの間にあるときに動作する。
　１つの電力システム内では、より高い出力電圧を設定された装置が、より優先的に使用される装置となる。複数の装置に同じ出力電圧を設定してもよく、その場合、それらの装置は同じ優先順位となる。しかしながら、１つの電力システムに含まれる複数の装置のうち少なくとも２つの装置の間には、直流バスに対して出力可能となる出力電圧に差が設定されている。
　次に図２を参照し、図１に示した電力システム１を例として、１つの電力システム内の動作について説明する。蓄電装置１６、太陽光発電装置１１、風力発電装置１２、水力発電装置１３、系統電源装置１５は、前述したとおり、設定された出力電圧が高いほど優先的に使用される。たとえば、蓄電装置１６、太陽光発電装置１１、風力発電装置１２、水力発電装置１３、系統電源装置１５のすべてに発電があるかまたは給電可能である場合、出力電圧が最も高い風力発電装置１２が優先的に出力される。他の装置は、負荷機器１７の消費電力によって出力されるか否かが決まる。
　具体的には、図２のように、負荷機器１７が１ｋＷの消費電力で、太陽光発電装置１１が３００Ｗ、風力発電装置１２が３００Ｗ、水力発電装置１３が４００Ｗを発電していたとき、発電合計も１ｋＷとなり需給のバランスが取れた状態となる。この場合の直流バスＢ１の電圧は、出力電圧のもっとも低い太陽光発電装置１１の２８０Ｖとなる。
　この動作は、実際は瞬時にして行われるが、時系列的には次のように行われる。まず、負荷機器１７の１ｋＷの消費電力に対し、最も高い出力電圧３００Ｖを設定された最も優先度の高い風力発電装置１２の電力が優先的に使用される。すなわち風力発電装置１２から直流バスＢ１に電力が出力される。しかし、負荷機器１７の需要に対して電力が足りないため、直流バスＢ１の電圧が落ち、２９０Ｖまで降下する。直流バスＢ１の電圧が２９０Ｖまで達したところで、設定出力電圧が２９０Ｖである水力発電装置１３から電力が出力され始める。しかしながら、水力発電装置１３が加わっても電力が足りないため、直流バスＢ１の電圧は２８０Ｖまで降下する。直流バスＢ１の電圧が２８０Ｖまで達したところで、設定出力電圧が２８０Ｖである太陽光発電装置１１から電力が出力され始めることによって、ようやく負荷機器１７の電力需要とバランスして安定することになる。　
　このように、負荷機器の電力需要とバランスするように直流バスＢ１の電圧は変動する。その場合、直流バスＢ１の電圧が高いほど風力発電装置１２などの供給側の装置に余剰電力が多く、直流バスＢ１の電圧が低いほど供給側の装置に余剰電力が少ないことを示している。
　図１のように複数の電力システム１～４がある場合、各電力システムにおいて、前述した動作と同じ動作が実行される。これにより電力システム１～４の各直流バスＢ１～Ｂ４の電圧がそれぞれバランスしたところで安定する。そして、電力システム１～４と主幹直流バスＭＢとからなる全体システムである複合電力システムにおいても、同様の動作が実行される。全体システムにおいて、供給側と需要側の電力がバランスするところで主幹直流バスＭＢの電圧が安定する。主幹直流バスＭＢの電圧が高いほど、風力発電装置などを含む供給側の電力システムに余剰電力が多く、主幹直流バスＭＢの電圧が低いほど供給側の電力システムに余剰電力が少ないことになる。
　図２にはさらに、一例として、電力システム１の電流メータ１８に備わる記録部１８１と演算部１８２が示されている。記録部１８１は、電流メータ１８により計測された電流の量および向きの計測値を記録する機能を有する。電流の計測値の記録は、例えば連続的に行うことができる。また、別の例では、直流バスＢ１の電圧がほぼ安定したときを図示しない電圧計で検知し、その時点の電流の瞬時値を計測値として記録することができる。
　演算部１８２は、記録部１８１により記録された計測値に基づいて、後述する電力価格決定方法を実行し、各電力システムの売電または買電の金額を決定する演算を行う。演算部１８２は所定のプログラムを実行するプロセッサ、例えばコンピュータのＣＰＵにより実施できる。
　図２にはさらに、主幹直流バスＭＢの電圧を計測する電圧計８と、一例として統合演算部９を示している。統合演算部９は、各電力システムの演算部１８２に替わって各電力システムの売電または買電の金額を決定する演算を行うこともできる。統合演算部９は、例えば複合電力システム全体の管理者が、所有し管理することができる。その場合、統合演算部９は、各電力システムの電流メータ１８の記録部１８１から電流の計測値を取得し、それに基づいて電力価格に関する演算を行う。または、電流の計測値に加え、電圧計８ら主幹直流バスＭＢの電圧を取得し、それらに基づいて電力価格に関する演算を行う場合もある。統合演算部９も所定のプログラムを実行するプロセッサ、例えばコンピュータのＣＰＵにより実施できる。
　本発明による電力需給調整システムを実現する電力価格決定方法を説明する。説明に際し、各電力システムは各需要家が所有する電力システムとする。本発明の電力需給調整システムにより、各需要家が自己の所有する電力システムの電力需給を調節しようとするインセンティブが提供される。すなわち、電力価格が高くなれば需要を抑制しようとし、電力価格が安くなれば需要を促進しようとするインセンティブである。
　各需要家は、電力システム内において発電装置や系統電源装置および負荷機器を所有しており、他の電力システムに対して売電および買電を行う（例えば図１の電力システム１～３）。電力供給装置だけを所有してもよいが、この場合、売電のみ行う（例えば図１の電力システム４）。各電力システムは、たとえば、一般家庭や工場などの永続的に設置されるインフラに設けられてもよく、コンテナハウスやユニットハウスなどの一次的に設置されるインフラに設けられてもよい。
　図３は、複合電力システムの主幹直流バスＭＢの電圧が、ある瞬間に決まった状態の一例を示す。すなわち、最終的に主幹直流バスＭＢの電圧がバランスして安定した瞬時値となり、例えば２８０Ｖになったとする。このとき、一例として、電力システム１は直流バスＢ１の電圧が３００Ｖ、電力システム２は直流バスＢ２の電圧が２８０Ｖ、電力システム３は直流バスＢ３の電圧が２７０Ｖ、そして電力システム４は直流バスＢ４の電圧が２７０Ｖの瞬時値にそれぞれ決まる。
　図４は、図３のように電力システム１～４の直流バスＢ１～Ｂ４の各電圧および複合電力システムの主幹直流バスＭＢの電圧の瞬時値がそれぞれ決まるときの、すなわち複合電力電力システム全体の電力需給バランスが決まるときの電力システム１～４の各々の電流メータ１８、２８、３８、４８の計測値の一例を示している。
　計測された電流がプラスのときは、当該電力システムから主幹直流バスＭＢに電力の供給を行っていることを意味する。すなわち、当該電力システム内の電力が余剰であることによって供給を行っている。また、計測された電流がマイナスのときは、当該電力システムが主幹直流バスＭＢから電力を消費していることを意味する。すなわち、当該電力システム内の電力が不足している。この例では、主幹直流バスＭＢの電圧が２８０Ｖのとき、電力システム１は１０Ａ、電力システム２は５Ａの電流による電力を主幹直流バスＭＢに供給し、電力システム３は１５Ａの電流による電力を主幹直流バスＭＢから消費する。電力システム４は、直流バスＢ４の電圧が、主幹直流バスＭＢよりも低いため（図３参照）、電流が流れない（０Ａ）。
　図５は、図３および図４の状態となった後、複合電力システム全体の発生電力に余剰が発生し、主幹直流バスＭＢの電圧が２９０Ｖまで上昇した状態を示す。このとき、各電力システム１～４から主幹直流直流バスＭＢへの供給電力、主幹直流バスＭＢからの消費電力は変わらないものとする。しかしながら、主幹直流バスＭＢの電圧が２９０Ｖとなったことにより、電流メータ１８、２８、３８、４８の計測値が、電力システム１は９．７Ａ、電力システム２は４．８Ａ、電力システム３は－１４．５Ａ、電力システム４は０．０Ａとなる。図４の主幹直流バスＭＢの電圧が２８０Ｖのときと比べて、各電流値の絶対値がそれぞれ減少している。
　これは、各電力システム１～４の電力需要量が変わらないにも関わらず、売電または買電する価格が減少することを示す。すなわち、複合電力システム全体における電力需要量が一定のとき、システム全体の電力が余剰になったときには主幹直流バスＭＢの電圧が上昇し、その結果、電流が減少することによって売電または買電する価格が減少することになる。逆に、システム全体の電力が枯渇したときには主幹直流バスＭＢの電圧が降下し、その結果、電流が上昇することによって売電または買電する価格が増大することになる。これにより、電力の需給状況を反映した電力価格を決定することができる。
　電流メータによる電流の計測方法は、多様な方式とするができる。一例として、電流メータが、電流を連続的に計測する。計測値は、例えば図２に示した記録部１８１に記録される。そして、例えば図２に示した演算部１８２または統合演算部９が、連続的に記録された計測値を用い、その計測された電流の量および向き（プラスまたはマイナス）を所定の期間について積算する。その積算値に基づいて、当該電流メータを設けられた電力システムの他の電力システムに対する売電または買電の金額を決定することができる。
　別の例として、電流メータが、直流バスの電圧および主幹直流バスの電圧がバランスして安定またはほぼ安定したときの電流の瞬時値を計測する。計測値は、例えば図２に示した記録部１８１に記録される。同時に、例えば図２に示した電圧計８が、主幹直流バスの電圧の瞬時値を記録する。そして、例えば図２に示した演算部１８２または統合演算部９が、電流メータにより計測された電流の量および向きの瞬時値と、主幹直流バスの電圧の瞬時値とに基づいて、当該電流メータを設けられた電力システムの他の電力システムに対する売電または買電の金額を決定することができる。
　本発明によれば、複合電力システムにおける各電力システムと主幹直流バスＭＢとの間に電流メータをそれぞれ設置するだけで、簡易に電力の需給を反映した電力価格を決定することができる。したがって、需給状況を反映した電力価格を迅速に提供できる。さらに本発明は、何らかの理由により、外部機関サーバダウンや通信インフラのダウンが起こった場合でも、需給調整を反映した電力価格の設定が可能であり、需給調整が可能である。
　本発明によれば、電力システムを所有する需要家は、買電価格が増大すれば需要（消費）を抑制しようとし、買電価格が減少すれば需要（消費）を促進しようとするインセンティブを与えられる。この需要の調節は、主幹直流バスＭＢの電圧に対して負帰還として働くことになる。その結果、主幹直流バスＭＢの電圧が適切な範囲で変動することが実現される。
　図６は、本発明の第２の実施形態を示す。第２の実施例では、電力供給する各電力システム１、２、３と、需要家４ａ、５ａ、６ａの所有する電力消費する各電力システム４、５、６とが、別々に設けられている。電力システム４、５、６の負荷機器４７、５７、６７と主幹直流バスＭＢとの間にも電流メータ４８、５８、６８が設置される。この場合、電力システム１、２、３は発電のみを行い、電力システム４、５、６は消費のみを行う。電力システム１、２、３の管理者は、複合電力システム全体の管理者でもよい。そのような管理者は、電力システム４、５、６に電力供給を行い、各需要家４ａ、５ａ、６ａから売電収入を得ることも可能である。
　以上に説明した本発明の実施形態の具体的構成は、図示の例に限られず、本発明の主旨に沿う範囲において多様な変形が可能である。
　１、２、３、４、５、６　電力システム
　１１、２１、３１　太陽光発電装置
　１２、２２、３２　風力発電装置
　１３　水力発電装置
　１５、２５、３５、４５　系統電源装置
　１６、２６、３６　蓄電装置
　１７、２７、３７　負荷機器
　１８、２８、３８、４８、５８、６８　電流メータ
　１８１　記録部
　１８２　演算部
　２４　ディーゼル発電装置
　８　電圧計
　９　統合演算部
　Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４　直流バス
　ＭＢ　主幹直流バス

Claims (8)

  1. 　主幹直流バスと、前記主幹直流バスにそれぞれ接続された複数の電力システムとを備えた複合電力システムにおける前記複数の電力システムの相互間の電力需給を調整するためのシステムであって、
    　前記複数の電力システムのうち少なくとも１つが、前記主幹直流バスに接続された直流バスと、前記直流バスにそれぞれ接続された、自然エネルギーを利用して発電する１または複数の発電装置と、電力事業者からの商用電力を受電する系統電源装置と、前記直流バスとの間で充電または放電を行う蓄電装置とを少なくとも有する自然エネルギー利用電力システムであり、かつ前記１または複数の発電装置、前記系統電源装置および前記蓄電装置のうち少なくとも２つの装置の間に、前記直流バスに対して出力可能となる各々の出力電圧における差が予め設定されており、かつ、
    　前記複数の電力システムの各々が、前記主幹直流バスとの間に流れる電流の量および向きを計測する電流メータをそれぞれ有することを特徴とする電力需給調整システム。
  2. 　各前記電流メータにより計測された電流の量および向きの計測値を記録する記録部と、
    　前記記録部に記録された計測値に基づいて、各電力システムの他の電力システムに対する売電または買電の金額を決定する演算部とを有することを特徴とする請求項１に記載の電力需給調整システム。
  3. 　前記演算部が、計測された電流の量および向きの積算値に基づいて、各電力システムの他の電力システムに対する売電または買電の金額を決定することを特徴とする請求項２に記載の電力需給調整システム。
  4. 　前記主幹直流バスの電圧を計測する電圧メータをさらに有し、
    　前記演算部が、計測された電流の量および向きの瞬時値と、計測された前記主幹直流バスの電圧とに基づいて、各電力システムの他の電力システムに対する売電または買電の金額を決定することを特徴とする請求項２に記載の電力需給調整システム。
  5. 　少なくとも１つの前記電力システムが、前記直流バスに接続された負荷機器を有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電力需給調整システム。
  6. 　少なくとも１つの前記電力システムが、負荷機器のみを有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電力需給調整システム。
  7. 　少なくとも１つの前記電力システムが、商用電力を受電する系統電源装置のみを有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電力需給調整システム。
  8. 　主幹直流バスと、前記主幹直流バスにそれぞれ接続された複数の電力システムとを備え、前記複数の電力システムのうち少なくとも１つが、前記主幹直流バスに接続された直流バスと、前記直流バスにそれぞれ接続された、自然エネルギーを利用して発電する１または複数の発電装置と、電力事業者からの商用電力を受電する系統電源装置と、前記直流バスとの間で充電または放電を行う蓄電装置とを有する自然エネルギー利用電力システムであり、かつ前記発電装置、前記系統電源装置および前記蓄電装置のうち少なくとも２つの装置の間に、前記直流バスに対して出力可能となる各々の出力電圧における差が予め設定されている、複合電力システムにおける前記複数の電力システムの相互間の電力需給を調整するための方法であって、
    　前記複数の電力システムの各々と前記主幹直流バスとの間に流れる電流の量および向きを計測し、計測された電流の量および向きに基づいて各電力システムの売電または買電の金額を決定することを特徴とする電力需給調整方法。
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