JP5947675B2 - 電力制御装置、およびそれを用いた電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、電力制御装置、およびそれを用いた電力供給システムに関するものである。

従来、電力の需要家において、商用電力や太陽電池の発電電力等を用いて蓄電池を充電し、蓄電池の蓄電電力を機器に供給する電力供給システムがある（例えば、特許文献1参照）。

特開２０１２−１３０１６１号公報

近年、電力会社によって、デマンドレスポンスサービスが提案されており、電力ピークカットのための電気料金サービスとして、例えば、ピーク時変動料金（ＣＰＰ：Critical Peak Pricing）、使用時間帯別料金（ＴＯＵ：Time of Use）等が提案されている。

ＣＰＰは、将来の電力需要量が電力供給量に逼迫すると予測される場合、将来の電力需要がピークに達する時間帯の電力単価（買電の電気料金単価）を平常時より大幅に高く設定する。例えば、翌日の電力需要量が電力供給量に逼迫すると予測される場合、前日にＣＰＰの適用を需要家に通知する。または、ＣＰＰを適用する当日の朝に、ＣＰＰの適用を需要家に通知する場合もある。

また、ＴＯＵは、電力の使用時間帯によって、電力需要量が多い時間帯の電力単価を、電力需要量が少ない時間帯の電力単価より高く設定する。

需要家にとって、電力単価が高い時間帯に機器を使用して商用電力を消費することは、電力会社に支払う電気料金が高くなる要因となるため、電力単価が高い時間帯に機器を使用することは、経済的な理由から控える傾向になる。すなわち、ＣＰＰやＴＯＵが導入されることによって、需要家は、電力単価が高い時間帯における機器の使用を控えて節電し、電力ピークの削減に寄与することになる。

しかし、需要家にとって、エアコン、テレビ、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと称す）等の機器の使用を控えることは、これらの機器を使いたいときに使えない状況になる。すなわち、電力単価が高い時間帯が設定されることによって、需要家は、生活水準を下げることになり、不満要因となる。

また、電力単価が高い時間帯に、平常時と同じように機器を使用すると、節電にも貢献できず、電力会社に支払う電気料金も高くなってしまう。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力単価が高い時間帯が設定された場合でも、経済的な理由による機器の使用控えを抑えて、生活水準を維持でき、さらに節電にも貢献できる電力制御装置、およびそれを用いた電力供給システムを提供することにある。

本発明の電力制御装置は、少なくとも、商用電力系統から供給される商用電力と、蓄電池の蓄電電力とを用いて、機器へ電力を供給する電力供給システムに用いられる電力制御装置であって、ネットワークを介して通知された、前記商用電力系統から供給される電力の単価の時間変動に関する単価情報を記憶する単価記憶部と、ユーザの操作を受け付ける操作部と、前記商用電力系統から供給される電力の単価が相対的に高い高単価時間帯に動作させる前記機器を、前記操作部が受け付けたユーザの操作に応じて登録する機器登録部と、前記機器の各消費電力情報を記憶する消費電力記憶部と、前記蓄電池の充放電を制御して、前記機器へ供給される前記蓄電電力を制御する電力供給制御部とを備え、前記電力供給制御部は、前記高単価時間帯の前に、前記蓄電電力を、前記登録された前記機器の各消費電力情報に基づく蓄電電力目標値にまで充電し、前記高単価時間帯に、前記蓄電池を放電させることによって前記蓄電電力を前記登録された前記機器へ供給することを特徴とする。

この発明において、前記商用電力、前記蓄電電力に加えて、分散電源の発電電力を用いて、前記機器へ電力が供給され、前記電力供給制御部は、前記高単価時間帯の前に、前記商用電力と前記発電電力との少なくともいずれか一方を用いて前記蓄電池を充電することが好ましい。

この発明において、前記消費電力情報は、前記機器の消費電力の履歴に基づいて作成された情報であることが好ましい。

この発明において、前記登録された前記機器に優先順位を設定する優先順位設定部と、
前記機器の動作を制御する機器制御部とを備え、前記機器制御部は、前記高単価時間帯において、前記蓄電電力の残量が低減するにつれて、前記優先順位の低い前記機器の動作を停止させ、前記優先順位の高い前記機器を優先的に動作させることが好ましい。

この発明において、前記蓄電電力の残量に基づいて、前記登録された前記機器それぞれを使用可能な時間長さをユーザに通知する通知部を備えることが好ましい。

本発明の電力供給システムは、少なくとも、商用電力系統から供給される商用電力と、蓄電池の蓄電電力とを用いて、機器へ電力を供給する電力供給システムであって、ネットワークを介して通知された、前記商用電力系統から供給される電力の単価の時間変動に関する単価情報を記憶する単価記憶部と、ユーザの操作を受け付ける操作部と、前記商用電力系統から供給される電力の単価が相対的に高い高単価時間帯に動作させる前記機器を、前記操作部が受け付けたユーザの操作に応じて登録する機器登録部と、前記機器の各消費電力情報を記憶する消費電力記憶部と、前記蓄電池の充放電を制御して、前記機器へ供給される前記蓄電電力を制御する電力供給制御部とを備え、前記電力供給制御部は、前記高単価時間帯の前に、前記蓄電電力を、前記登録された前記機器の各消費電力情報に基づく蓄電電力目標値にまで充電し、前記高単価時間帯に、前記蓄電池を放電させることによって前記蓄電電力を前記登録された前記機器へ供給することを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、電力単価が高い時間帯が設定された場合でも、経済的な理由による機器の使用控えを抑えて、生活水準を維持でき、さらに節電にも貢献できるという効果がある。

実施形態の電力制御装置、電力供給システムの構成を示すブロック図である。 （ａ）（ｂ）同上の平常時およびＣＰＰ適用時の電力単価、売電単価を示すグラフ図である。 通知部の表示画面を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の電力供給システムは、電力会社から商用電力を供給されている各需要家において用いるものであり、図１に示すように、分電盤１１、電力制御装置１２、機器１３、検針メータ１４、太陽光発電装置１５、蓄電池１６を主構成として備える。

分電盤１１は、集合住宅の各住戸、戸建て住宅、工場、事務所等の需要家内に引き込まれたＡＣ１００／２００Ｖの幹線電路Ｗａ１が接続され、幹線電路Ｗａ１を介して、商用電源ＰＳに接続している。分電盤１１内には、分岐部１１１、負荷電力計測部１１２が収納されている。分岐部１１１は、複数の分岐ブレーカから構成されており、幹線電路Ｗａ１は、分岐部１１１を介して、住宅に敷設した複数の分岐電路Ｗａ２に分岐する。分岐電路Ｗａ２のそれぞれは、照明機器、空調機器、パーソナルコンピュータ（パソコン）等の機器１３が接続され、これらの機器１３へ稼動電力を供給する。負荷電力計測部１１２は、分岐電路Ｗａ２のそれぞれを測定点として、機器１３の各消費電力を計測する。なお、商用電源ＰＳからの商用電力は、各地に設けられた変電所から需要家の近傍の電柱Ｄに設けた柱上変圧器Ｔｒに配電され、柱上変圧器Ｔｒによって降圧された後に、幹線電路Ｗａ１を介して各需要家へ配電される。また、需要家の形態としては、集合住宅の各住戸、戸建て住宅、工場、事務所以外であってもよい。

次に、電力制御装置１２は、電力供給制御部１２１と、単価記憶部１２２と、機器登録部１２３と、消費電力記憶部１２４と、優先順位設定部１２５と、機器制御部１２６と、通知部１２７と、操作・表示部１２８とを備える。電力供給制御部１２１は、インバータ部１２１ａ、充放電部１２１ｂを具備する。

本システムは、太陽光発電装置１５、およびリチウムイオン電池等で構成される蓄電池１６等で構成される分散電源を備えており、太陽光発電装置１５および蓄電池１６は、電力供給制御部１２１に接続される。

インバータ部１２１ａは、太陽光発電装置１５および蓄電池１６の各直流出力を交流に変換して出力する。インバータ部１２１ａの交流出力は、住宅に敷設した交流電路Ｗａ３を介して分電盤１１に供給され、分岐電路Ｗａ２を介して機器１３に供給される。また、インバータ部１２１ａの交流出力のうち、機器１３で消費されない余剰電力は、幹線電路Ｗａ１を介して、商用電源ＰＳ側へ逆潮流し、売電される。なお、インバータ部１２１ａは、その交流出力を、幹線電路Ｗａ１を介して供給される商用電力に協調させる機能を有する。

充放電部１２１ｂは、分電盤１１から交流電路Ｗａ３を介して供給される商用電力、太陽光発電装置１５の発電電力を用いた蓄電池１６への充電制御、蓄電池１６からインバータ部１２１ａへの放電制御を行う。

電力供給制御部１２１は、インバータ部１２１ａ、充放電部１２１ｂの各動作を制御することによって、需要家内における電力供給を管理している。例えば、太陽光発電装置１５の発電量、蓄電池１６の蓄電量、時刻等に基づいて、インバータ部１２１ａの交流出力動作、充放電部１２１ｂによる充放電動作を制御し、太陽光発電装置１５の発電電力および蓄電池１６の蓄電電力を、機器１３へ供給する。

また、電力制御装置１２は、無線通信機能を有しており、分電盤１１、検針メータ１４等との間で後述の無線通信を行う。

次に、検針メータ１４は、幹線電路Ｗａ１に設けられ、需要家における商用電力の使用量を計測し、この計測結果（検針データ）を無線通信、電力線搬送通信等を用いて送信する遠隔検針機能を具備する。検針メータ１４から送信された検針データは、例えば住宅近傍の電柱Ｄに設置した親機２０が受信し、親機２０は、光ファイバ等を用いて、インターネットＮＴ１に接続した電力会社の管理サーバＣＳへ検針データを送信する。また、検針メータ１４から送信された検針データは、需要家内の電力制御装置１２も受信する。

また、親機２０は、電力会社の管理サーバＣＳから送信された各種信号を、検針メータ１４へ送信し、検針メータ１４は、需要家内の電力制御装置１２へ、受信した信号を無線送信する機能も有する。

ここで、電力需要の増加や電力会社の発電状況等によっては、電力会社の配電範囲において、翌日の電力需要量が電力供給量に逼迫すると予測される場合、翌日の電力需要がピークに達する時間帯の電力単価（買電の電気料金単価）を平常時より大幅に高く設定する。すなわち、翌日の電力単価は、電力需要がピークに達する時間帯においては一時的に大幅に高くなるＣＰＰ（Critical Peak Pricing）が適用される。

図２（ａ）は、平常時の電力単価Ｙ１１，売電単価Ｙ１２を示しており、平常時の電力単価Ｙ１１，売電単価Ｙ１２は、時間帯に関わらず一定である。図２（ａ）において、平常時の電力単価は２０円／ｋＷｈ、売電単価は３０円／ｋＷｈである。

一方、図２（ｂ）は、ＣＰＰ適用時の電力単価Ｙ２１，売電単価Ｙ２２を示しており、ＣＰＰ適用時の電力単価Ｙ２１，売電単価Ｙ２２は、電力需要がピークに達する時間帯Ｔ１（高単価時間帯Ｔ１）に、他の時間帯より高く設定される。図２（ｂ）において、高単価時間帯Ｔ１以外の電力単価は２０円／ｋＷｈ、売電単価は３０円／ｋＷｈであるのに対し、高単価時間帯Ｔ１（例えば、１３時〜１７時）の電力単価は６０円／ｋＷｈ、売電単価は７０円／ｋＷｈである。

そして、翌日の電力単価にＣＰＰが適用される場合、電力会社から配電範囲内の各需要家に対して、翌日の電力単価の時間変動に関する単価情報が事前（例えば前日）に通知される。

本実施形態では、翌日の単価情報が、電力会社の管理サーバＣＳから配電範囲内の各需要家へ事前に送信され、各需要家の検針メータ１４が単価情報を受信する。この単価情報は、図２（ｂ）に示す高単価時間帯Ｔ１、および高単価時間帯Ｔ１における電力単価、高単価時間帯Ｔ１以外における電力単価等の情報を含む。検針メータ１４は、単価情報を電力制御装置１２へ無線信号で転送し、電力制御装置１２は、単価記憶部１２２に単価情報を記憶する。

電力制御装置１２の操作・表示部１２８は、タッチパネル等の操作手段および表示手段を具備しており、ユーザ操作によって、単価記憶部１２２の単価情報を表示する。操作・表示部１２８に表示された単価情報を見たユーザは、翌日の電力単価にＣＰＰが適用されることや、翌日の高単価時間帯Ｔ１の範囲、および高単価時間帯Ｔ１における電力単価等を知ることができる。なお、この操作・表示部１２８は、電力制御装置１２が単価情報を受信した時点で、自動的に表示する構成でもよい。

そして、機器登録部１２３は、操作・表示部１２８のユーザ操作によって、翌日の高単価時間帯Ｔ１に使いたい機器１３を登録する。需要家内の機器１３に関する情報は、機器登録部１２３が予め保持しており、機器登録部１２３は、機器１３（照明機器、空調機器、パソコン等）の情報を操作・表示部１２８に表示する。そして、機器登録部１２３は、操作・表示部１２８のユーザ操作によって、操作・表示部１２８に表示された機器１３から、翌日の高単価時間帯Ｔ１に使いたい機器１３を選択し、登録する。以下、機器登録部１２３が登録した機器１３を、登録機器１３と称す。

また、負荷電力計測部１１２は、機器１３の各消費電力の計測結果を、需要家内の電力制御装置１２へ送信する機能を有する。そして、電力制御装置１２の消費電力記憶部１２４は、機器１３の各消費電力の履歴データ（以下、消費電力情報と称す）を記憶している。

そして、電力供給制御部１２１は、高単価時間帯Ｔ１に登録機器１３を動作させるために必要な電力量（以下、蓄電電力目標値と称す）を、消費電力記憶部１２４の消費電力情報に基づいて算出する。すなわち、電力供給制御部１２１は、高単価時間帯Ｔ１における登録機器１３の実際の消費電力の履歴に基づいて蓄電電力目標値を算出するので、蓄電電力目標値は、登録機器１３の実際の使用状況に応じた適切な値に設定される。

電力供給制御部１２１は、時計機能を有しており、充放電部１２１ｂは、現在時刻が高単価時間帯Ｔ１に達する前に、蓄電池１６の蓄電電力が蓄電電力目標値以上になるように、蓄電池１６を充電する。この蓄電池１６の充電には、商用電源ＰＳの商用電力と、太陽光発電装置１５の発電電力との少なくとも一方を用いる。

例えば、充放電部１２１ｂは、蓄電池１６の充電タイミングを、単価記憶部１２２の単価情報を参照して数理最適化手法を用いて設定することによって、電気料金を抑えながら効率的に蓄電池１６を充電することができる。さらに、充放電部１２１ｂは、商用電源ＰＳの商用電力と太陽光発電装置１５の発電電力とのいずれを充電に用いるかを設定する際にも、同様に数理最適化手法を用いて設定することによって、電気料金を抑えながら効率的に蓄電池１６を充電することができる。

また、高単価時間帯Ｔ１以前において、充放電部１２１ｂは、商用電力の時刻毎の単価に基づいて、その充放電スケジュールを決定することによっても、電気料金を抑えながら効率的に蓄電池１６を充電することができる。

そして、電力供給制御部１２１では、高単価時間帯Ｔ１において、以下の動作を行う。

まず、充放電部１２１ｂは、蓄電池１６を放電させて、インバータ部１２１ａへ蓄電電力を出力し、インバータ部１２１ａは、蓄電池１６の蓄電電力を交流に変換する。インバータ部１２１ａの交流出力は、交流電路Ｗａ３を介して分電盤１１に供給され、分岐電路Ｗａ２を介して登録機器１３に供給される。したがって、高単価時間帯Ｔ１において、登録機器１３は、蓄電池１６の蓄電電力のみを電源として動作し、商用電力を消費することはない。または、高単価時間帯Ｔ１において、登録機器１３は、蓄電池１６の蓄電電力を主電源として動作し、商用電力の使用量を抑制することも可能である。

また、高単価時間帯Ｔ１において、充放電部１２１ｂは、蓄電池１６の放電量が、登録機器１３の稼動に必要な電力に略一致するように、蓄電池１６の放電量を制御している。すなわち、充放電部１２１ｂは、高単価時間帯Ｔ１における蓄電池１６の放電量を、登録機器１３の稼動に必要な値に制限することによって、蓄電池１６の蓄電電力の無駄な消費を抑制している。

このように、電力単価が一時的に高くなる高単価時間帯Ｔ１以前に、充放電部１２１ｂは、高単価時間帯Ｔ１に使用する登録機器１３の稼動に必要な電力を、蓄電池１６に予め充電しておく。そして、電力供給制御部１２１は、電力単価が高い高単価時間帯Ｔ１において、蓄電池１６の蓄電電力を用いて登録機器１３を稼動させることによって、電力単価が高い商用電力を使うことがない（または、電力単価が高い商用電力の使用量を抑制できる）。したがって、需要家は、電力単価が高い高単価時間帯Ｔ１が設定された場合でも、経済的な理由による機器１３の使用控えを抑えて、生活水準を維持でき、さらに節電にも貢献できる。

しかしながら、機器１３の使用状況や、高単価時間帯Ｔ１までの残時間等によっては、高単価時間帯Ｔ１直前における蓄電池１６の蓄電量が、蓄電電力目標値に達しない場合がある。そこで、優先順位設定部１２５は、操作・表示部１２８のユーザ操作によって、登録機器１３に優先順位を設定する。優先順位設定部１２５は、登録機器１３の情報を操作・表示部１２８に表示させる。優先順位設定部１２５は、操作・表示部１２８のユーザ操作によって、登録機器１３に優先順位を設定する。この優先順位の設定処理は、高単価時間帯Ｔ１以前、高単価時間帯Ｔ１内のいずれのタイミングであっても可能である。

機器制御部１２６は、通信線Ｌ１を介して機器１３と通信可能に接続しており、通常時において、機器１３に対して、予め設定されているスケジュール制御、省エネ制御、シーン制御等を実行する。そして、機器制御部１２６は、高単価時間帯Ｔ１において、蓄電池１６の蓄電電力が減少し、蓄電電力のみでは全ての登録機器１３を稼動できないと判断した場合、優先順位が低い登録機器１３から順に稼動停止させ、優先順位が高い登録機器１３のみを稼動させる。すなわち、機器制御部１２６は、高単価時間帯Ｔ１において、蓄電電力の残量が減少するにつれて、優先順位の高い登録機器１３を優先的に動作させる。したがって、高単価時間帯Ｔ１において、蓄電池１６の残容量が想定以上に少なくなった場合でも、優先順位の高い登録機器１３は稼動可能であり、ユーザの不満を抑えることができる。なお、機器制御部１２６は、機器１３との間で無線信号による通信を行ってもよい。

また、通知部１２７は、操作・表示部１２８の操作によって、蓄電電力の残量に基づいて、登録機器１３のそれぞれを使用可能な時間長さを算出し、この算出結果を操作・表示部１２８に表示する。この表示処理は、高単価時間帯Ｔ１以前、高単価時間帯Ｔ１内のいずれのタイミングであっても可能である。図３は、通知部１２７による表示画面を示しており、登録機器１３の稼動可能時間が各機器１３（空調機器、テレビ、パソコン）に対応して表示されている。また、空調機器の稼動可能時間は、設定温度が２６℃の条件下であることを備考欄に記載している。ユーザは、この登録機器１３のそれぞれを使用可能な時間長さを参照して、登録機器１３の変更、削除を行うことができる。

また、機器１３として、貯湯タンク等の蓄熱装置を用いれば、以下の動作を行うことができる。まず、機器制御部１２６は、高単価時間帯Ｔ１以前に蓄熱装置を稼動して、蓄熱目標値まで蓄熱させておく。そして、高単価時間帯Ｔ１内では、この蓄熱した熱を使用することによって、電力単価が一時的に高くなる高単価時間帯Ｔ１に、蓄熱装置の蓄熱動作を抑制できる。したがって、需要家は、経済的な理由による蓄熱装置の使用控えを抑えて、生活水準を維持でき、さらに節電にも貢献できる。

また、翌日の電力単価に、使用時間帯別料金（ＴＯＵ：Time of Use）が適用された場合でも、登録機器１３が、電力単価が高い高単価時間帯に蓄電池１６の蓄電電力を用いて動作することによって、上記同様の効果を得ることができる。

１２ 電力制御装置
１２１ 電力供給制御部
１２２ 単価記憶部
１２３ 機器登録部
１２４ 消費電力記憶部
１３ 機器
１６ 蓄電池

Claims (6)

1. 少なくとも、商用電力系統から供給される商用電力と、蓄電池の蓄電電力とを用いて、機器へ電力を供給する電力供給システムに用いられる電力制御装置であって、
   ネットワークを介して通知された、前記商用電力系統から供給される電力の単価の時間変動に関する単価情報を記憶する単価記憶部と、
   ユーザの操作を受け付ける操作部と、
   前記商用電力系統から供給される電力の単価が相対的に高い高単価時間帯に動作させる前記機器を、前記操作部が受け付けたユーザの操作に応じて登録する機器登録部と、
   前記機器の各消費電力情報を記憶する消費電力記憶部と、
   前記蓄電池の充放電を制御して、前記機器へ供給される前記蓄電電力を制御する電力供給制御部とを備え、
   前記電力供給制御部は、前記高単価時間帯の前に、前記蓄電電力を、前記登録された前記機器の各消費電力情報に基づく蓄電電力目標値にまで充電し、前記高単価時間帯に、前記蓄電池を放電させることによって前記蓄電電力を前記登録された前記機器へ供給する
   ことを特徴とする電力制御装置。
2. 前記商用電力、前記蓄電電力に加えて、分散電源の発電電力を用いて、前記機器へ電力が供給され、
   前記電力供給制御部は、前記高単価時間帯の前に、前記商用電力と前記発電電力との少なくともいずれか一方を用いて前記蓄電池を充電する
   ことを特徴とする請求項１記載の電力制御装置。
3. 前記消費電力情報は、前記機器の消費電力の履歴に基づいて作成された情報であることを特徴とする請求項１または２記載の電力制御装置。
4. 前記登録された前記機器に優先順位を設定する優先順位設定部と、
   前記機器の動作を制御する機器制御部とを備え、
   前記機器制御部は、前記高単価時間帯において、前記蓄電電力の残量が低減するにつれて、前記優先順位の低い前記機器の動作を停止させ、前記優先順位の高い前記機器を優先的に動作させる
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の電力制御装置。
5. 前記蓄電電力の残量に基づいて、前記登録された前記機器それぞれを使用可能な時間長さをユーザに通知する通知部を備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の電力制御装置。
6. 少なくとも、商用電力系統から供給される商用電力と、蓄電池の蓄電電力とを用いて、機器へ電力を供給する電力供給システムであって、
   ネットワークを介して通知された、前記商用電力系統から供給される電力の単価の時間変動に関する単価情報を記憶する単価記憶部と、
   ユーザの操作を受け付ける操作部と、
   前記商用電力系統から供給される電力の単価が相対的に高い高単価時間帯に動作させる前記機器を、前記操作部が受け付けたユーザの操作に応じて登録する機器登録部と、
   前記機器の各消費電力情報を記憶する消費電力記憶部と、
   前記蓄電池の充放電を制御して、前記機器へ供給される前記蓄電電力を制御する電力供給制御部とを備え、
   前記電力供給制御部は、前記高単価時間帯の前に、前記蓄電電力を、前記登録された前記機器の各消費電力情報に基づく蓄電電力目標値にまで充電し、前記高単価時間帯に、前記蓄電池を放電させることによって前記蓄電電力を前記登録された前記機器へ供給する
   ことを特徴とする電力供給システム。

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