JP5995804B2

JP5995804B2 - 蓄電システムの管理装置及び制御目標値決定方法

Info

Publication number: JP5995804B2
Application number: JP2013166402A
Authority: JP
Inventors: 小林　裕; 裕小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP2015035912A

Description

本発明は、蓄電システムの管理装置及び制御目標値決定方法に関するものである。

近年、電力需要に応じて安定した電力を供給する電力管理（以下「エネルギーマネジメント」という。）に関する技術が開発されている。この一例として、家屋、ビル、及び街中に配置された自然エネルギー発電設備、自家発電設備、及び蓄電システム等がネットワーク化され、電力需要に応じて制御される。

エネルギーマネジメントの目的のひとつに、例えば夜間に発電された電力をより消費量の多い昼間に使用する負荷平準化（以下「ピークシフト」という。）がある。ピークシフトを行うことにより、自然エネルギー発電の電力変動による系統への影響低減や契約電力の使用量が下がることによる電気料金の低減が見込まれる。

特許文献１には、専門的な知識を持たないユーザーであっても、ピークカットを適切に行うことができるエネルギーマネジメントシステムが開示されている。
具体的には、特許文献１に記載のエネルギーマネジメントシステムは、管理サーバが、エネルギー需要のピーク抑制を要請するピークカット要求を需要家のそれぞれに送信する。そして、需要家のそれぞれに設けられたエネルギーマネジメント部が、管理サーバからピークカット要求を受信した場合、ピーク削減目標を満たすように、機器の使用電力、インバータ部の交流出力動作、及び充放電部による充放電動作を制御する。

特開２０１２−２４４６６５号公報

特許文献１に記載のエネルギーマネジメントシステムでは、負荷平準化の目標となる情報であるピークカット要求を電力会社から受信し、その値に基づいて制御を行う。
しかしながら、エネルギーマネジメントシステムは、その日の電力需要のピーク値を事前に知ることはできないため、ピーク削減目標の達成に必要な蓄電池の放電に関する制御目標値を定める必要がある。従来は、管理者がそれまでの経験則等に基づいて、蓄電池の放電に関する制御目標値を決定し、エネルギーマネジメントシステムに入力していた。しかしながら、このような制御目標値の決定方法では、管理者によって入力される制御目標値が異なる場合もあり、必ずしも適正ではない場合がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、商用系統から供給される電力のピーク削減目標を達成するために必要とされる、蓄電池の放電に関する制御目標値を適正に決定できる、蓄電システムの管理装置及び制御目標値決定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の蓄電システムの管理装置及び制御目標値決定方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係る蓄電システムの管理装置は、発電装置、負荷、及び商用系統に接続された送電線に接続され、蓄電池を充電又は放電させる蓄電システムの管理装置であって、前記商用系統から供給される電力のピーク値に対する削減目標が入力される入力手段と、前記負荷の消費電力と前記発電装置による発電電力との差である負荷不足電力を算出する負荷不足電力算出手段と、前記削減目標と現在から所定時間前における前記負荷不足電力の最大値とに基づいて、前記蓄電池からの放電量の制御目標値となりえる候補値を導出する候補値導出手段と、現在から所定時間前における前記商用系統から供給される電力のピーク値を導出する供給電力ピーク導出手段と、前記候補値が前記ピーク値を超える場合、前記候補値を前記制御目標値に決定し、前記候補値が前記ピーク値以下の場合、前記ピーク値を前記制御目標値として決定する決定手段と、を備える。

本構成によれば、蓄電システムは、発電装置、負荷、及び商用系統に接続された送電線に接続され、蓄電池を充電又は放電させる。

発電装置による発電電力と負荷の消費電力との差である負荷不足電力が生じる場合、商用系統からの電力の供給が行われる。そして、蓄電池の放電は、商用系統から供給される電力のピーク値に対する削減を目的として行われる。このため、商用系統から供給される電力のピーク値に対する削減目標が、入力手段に入力される。具体的には、入力手段は、例えば、より上位のシステムから削減目標の入力を受け付ける。

蓄電池システムは、制御目標値に基づいて蓄電池からの放電を行う。制御目標値は、削減目標に基づいて決定されるものである。
このために、削減目標と現在から所定時間前における負荷不足電力の最大値とに基づいて、制御目標値となりえる候補値が、候補値導出手段によって算出される。また、現在から所定時間前における商用系統から供給される電力のピーク値が、供給電力ピーク導出手段によって導出される。現在から所定時間前とは、例えば現在から２４時間前である。

そして、決定手段によって、候補値がピーク値を超える場合、候補値が蓄電池の制御目標値として決定され、候補値がピーク値以下の場合、ピーク値が蓄電池の制御目標値として決定される。すなわち、蓄電池の制御目標値は、供給電力ピーク導出手段によって導出されたピーク値を下限とする。

候補値がピーク値以下の場合に、ピーク値が制御目標値として決定される理由は、以下の理由のためである。商用系統から供給される電力のピーク値は、既に商用系統からの供給が認められた値（例えば、契約電力の値）である。このため、既に供給が認められたピーク値をより小さくするように蓄電池を放電させても、実質的なピーク削減とはならない。そればかりか、蓄電池の充電率が不要に下がり、必要なときに蓄電池が放電できない可能性がある。すなわち、既に供給が認められたピーク値をより小さくするための蓄電池の放電は適正ではない。

以上説明したように、本構成によれば、商用系統から供給される電力のピーク削減目標の達成に必要とされる、蓄電池の放電に関する制御目標値を適正に決定できる。

上記第一態様では、前記負荷不足電力が前記制御目標値を超える場合に、前記蓄電池を放電させる放電モードとし、前記負荷不足電力が前記制御目標値以下の場合に、前記商用系統から供給される電力を前記蓄電池に充電させる充電モードとすることで前記蓄電システムの運転モードを選択する選択手段を備えることが好ましい。

本構成によれば、蓄電システムの運転モードを適切に選択できる。

上記第一態様では、前記選択手段が、前記蓄電池を充電又は放電させない場合に、前記蓄電池のインバータを待機状態又は該インバータへの電力の供給を停止する停止モードを選択することが好ましい。

本構成によれば、蓄電池を備えることで生じる電力損失を削減できる。

本発明の第二態様に係る制御目標値決定方法は、発電装置、負荷、及び商用系統に接続された送電線に接続され、蓄電池を充電又は放電させる蓄電システムの制御目標値決定方法であって、前記負荷の消費電力と前記発電装置による発電電力との差である負荷不足電力を算出する第１工程と、前記商用系統から供給される電力のピーク値に対する削減目標と現在から所定時間前における前記負荷不足電力の最大値とに基づいて、前記蓄電池からの放電量の制御目標値となりえる候補値を導出し、現在から所定時間前における前記商用系統から供給される電力のピーク値を導出する第２工程と、前記候補値が前記ピーク値を超える場合、前記候補値を前記制御目標値に決定し、前記候補値が前記ピーク値以下の場合、前記ピーク値を前記制御目標値として決定する第３工程と、を含む。

本発明によれば、商用系統から供給される電力のピーク削減目標を達成するために必要とされる、蓄電池の放電に関する制御目標値を適正に決定できる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る電力系統の構成図である。本発明の実施形態に係る余剰電力充電モードを示すグラフである。本発明の実施形態に係る放電モードを示すグラフである。本発明の実施形態に係る充電モードを示すグラフである。本発明の実施形態に係る停止モードを示すグラフである。本発明の実施形態に係るエネルギーマネジメントシステムの電気的構成を示す機能ブロック図である。本発明の実施形態に係る候補目標値の一例を示すグラフである。本発明の実施形態に係る買電電力ピーク値の一例を示すグラフである。本発明の実施形態に係る制御目標値決定処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る運転モード選択処理の流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る蓄電システムの管理装置及び制御目標値決定方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る蓄電システム１０を含む電力系統１２の構成図である。

蓄電システム１０は、発電装置１４、負荷１６、及び商用系統１８に接続された送電線２０に接続され、インバータ２２を介して蓄電池２４を充電又は放電させる。なお、蓄電システム１０は、発電装置１４及び負荷１６に比べて商用系統１８側に接続されている。

発電装置１４及び負荷１６は、タウン（街）やビル等に設けられている。発電装置１４は、例えば、自然エネルギーを利用した発電装置（太陽電池装置や風力発電装置等）又は燃料電池等である。負荷１６は、例えば街灯やビルの空調及び電灯等、電力で動作する各種電気機器である。

電力系統１２には、負荷１６の消費電力と発電装置１４による発電電力との差である負荷不足電力が生じる場合がある。この場合、負荷不足電力を賄うために、蓄電池２４からの放電、商用系統１８からの電力供給（以下「買電電力」という。）が行われる。

蓄電池２４は、複数のセルが直列又は並列に接続され、発電装置１４の発電電力や商用系統１８からの買電電力を蓄電する。

インバータ２２は、蓄電池２４の直流電力と商用系統１８の交流電力を変換する。

また、蓄電システム１０は、蓄電システム制御装置２６を備える。
蓄電システム制御装置２６は、蓄電池２４の状態の管理や、蓄電池２４の充電又は放電に係る指令のインバータ２２への出力、運転モードの切り替え等、蓄電システム１０の全体の制御を司る。蓄電池２４の運転状態は、例えば、蓄電池２４の充電率（State of Charge：ＳＯＣ）、蓄電池２４の温度、蓄電池２４が充電又は放電した回数等である。

また、送電線２０と商用系統１８との接続点付近には、送電線２０を流れる電力（電流）を検出する電力検出部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃが備えられる。
電力検出部２８Ａは、送電線２０へ供給される買電電力、及び送電線２０から商用系統１８へ供給される電力を検出する。
電力検出部２８Ｂは、蓄電システム１０から送電線２０へ供給される電力（放電電力）、及び送電線２０から蓄電システム１０へ供給される電力（充電電力）を検出する。
電力検出部２８Ｃは、発電装置１４から商用系統１８又は蓄電システム１０へ供給される電力、及び商用系統１８又は蓄電システム１０から負荷１６へ供給される電力を検出する。

蓄電システム１０は、エネルギーマネジメントシステム（Energy Management System、以下「ＥＭＳ」という。）３０によってその動作が管理される。

ＥＭＳ３０は、蓄電池２４の運転状態を運転状態情報として蓄電システム制御装置２６から受信する。また、ＥＭＳ３０は、負荷１６が消費する電力量を示す消費電力情報、発電装置１４で発電した電力量を示す発電電力情報、及び電力検出部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃによる検出結果である電力検出情報を受信する。

ＥＭＳ３０は、受信した各種情報を時系列でデータベース３２に記憶し、各種情報に基づいて蓄電システム１０の運転モードを示す運転モード指令を生成し、蓄電システム制御装置２６へ送信する。
また、ＥＭＳ３０は、商用系統１８から供給される電力である買電電力のピーク値に対する削減目標（以下「ピーク削減目標値」という。）が入力される。ピーク削減目標値は、商用系統１８を管理する上位管理システム３４から入力される。しかし、これに限らず、ピーク削減目標値は、例えば、管理者によってＥＭＳ３０に入力されてもよい。
ピーク削減目標値は、換言すると負荷１６で消費される買電電力の平準化目標値である。

そして、ＥＭＳ３０は、蓄電池２４からの放電量の制御目標値を生成する。制御目標値は、ピーク削減目標値に基づいて決定されるものである。決定された制御目標値は、蓄電システム制御装置２６へ出力される。

ここで、蓄電システム１０の運転モードについて図２から図５を参照して説明する。
本実施形態に係る運転モードは、余剰電力充電モード、放電モード、充電モード、及び停止モードである。
なお、蓄電システム制御装置２６が、後述するＥＭＳ３０からの運転モード指令を受信すると、運転モード指令に応じて運転モードが切り替えられる。

余剰電力充電モードは、図２に示されるように、負荷１６で消費されなかった発電装置１４による発電電力である余剰電力を、蓄電池２４へ充電させる。

以下に説明する放電モード及び充電モードでは、制御目標値に基づいて蓄電池２４の放電及び充電が蓄電池システム制御装置２６によって制御される。

放電モードは、図３に示されるように、負荷不足電力を賄うための買電電力が減少するように蓄電池２４を放電させる。すなわち、ピーク削減目標を達成させるために、蓄電池２４が放電される。具体的には、放電モードは、負荷不足電力が制御目標値を超える場合に、負荷不足電力と制御目標値との差分を蓄電池２４から放電し、買電電力のピーク値を削減させる。

充電モードは、負荷不足電力が制御目標値以下の場合に、買電電力を蓄電池２４に充電させる。なお、本実施形態に係る充電モードは、図４に示されるように、負荷不足電力が制御目標値以下であり、かつ電気料金が安い時間帯、例えば夜間等（例えば午前１２時から午前５時まで）に蓄電池２４を充電させる。

停止モードは、図５に示されるように、蓄電池２４が充電又は放電を行わない場合に、蓄電システム１０を停止させる。
蓄電池２４の充電を行わない場合とは、負荷不足電力が制御目標値以下であっても、電気料金が安い時間帯でない場合や、蓄電池２４を放電させてもピーク削減とはならない場合である。すなわち、運転モードとして余剰電力充電モード、放電モード、及び充電モードの何れも選択されない場合である。

なお、蓄電システム１０の停止とは、インバータ２２を待機状態又はインバータ２２への電力の供給を停止することである。これにより、停止モードは、蓄電池２４を備えることで生じる電力損失を削減できる。

ここで、ＥＭＳ３０による制御目標値の生成について説明する。

図６は、制御目標値の生成に係るＥＭＳ３０の電気的構成を示す機能ブロック図である。なお、ＥＭＳ３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random
Access Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

ＥＭＳ３０は、入力部４０、負荷不足電力算出部４２、候補目標値導出部４４、買電電力ピーク導出部４６、制御目標値決定部４８、及び運転モード選択部５０を備える。

入力部４０は、上位管理システム３４からのピーク削減目標値の入力を受け付ける。入力されたピーク削減目標値は、候補目標値導出部４４へ出力される

負荷不足電力算出部４２は、ＥＭＳ３０に入力される負荷１６の消費電力の値から発電装置１４の発電電力の値を減算することで、負荷不足電力の値を算出する。
負荷不足電力は、所定時間間隔毎に算出され、時系列でデータベース３２に記憶される。

候補目標値導出部４４は、ピーク削減目標値と現在から所定時間前における負荷不足電力の最大値とに基づいて、制御目標値となりえる候補値（以下「候補目標値」という。）を導出する。現在から所定時間前とは、例えば現在から２４時間前である。現在から所定時間前における負荷不足電力は、データベース３２から読み出される。
候補目標値導出部４４は、例えば、ピーク削減目標値が５０％であり、負荷不足電力の最大値が３００ｋＷの場合、候補目標値を１５０ｋＷと算出する。

導出された候補目標値は、制御目標値決定部４８へ出力される。

図７は、候補目標値の一例を示すグラフである。
図７は、負荷不足電力の最大値が常に現在時刻である場合の一例であり、このような場合は、時刻と共に候補目標値が変化する。

買電電力ピーク導出部４６は、現在から所定時間前における買電電力のピーク値（以下「買電電力ピーク値」という。）を導出する。現在から所定時間前とは、例えば現在から２４時間前である。現在から所定時間前における買電電力は、データベース３２から読み出される。

導出された買電電力ピーク値は、制御目標値決定部４８へ出力される。

図８は、買電電力ピーク値の一例を示すグラフである。

制御目標値決定部４８は、候補目標値が買電電力ピーク値を超える場合、候補目標値を制御目標値に決定し、候補目標値が買電電力ピーク値以下の場合、買電電力ピーク値を制御目標値として決定する。すなわち、蓄電池２４の制御目標値は、買電電力ピーク値を下限とする。

候補目標値が買電電力ピーク値以下の場合に、買電電力ピーク値が制御目標値として決定される理由は、以下の理由のためである。
買電電力ピーク値は、既に商用系統１８からの供給が認められた値（例えば、契約電力の値）である。このため、既に供給が認められた買電電力ピーク値をより小さくするように蓄電池２４を放電させても、実質的なピーク削減とはならない。そればかりか、蓄電池２４の充電率が不要に下がり、必要なときに蓄電池２４が放電できない可能性がある。すなわち、既に供給が認められた買電電力ピーク値をより小さくするための蓄電池２４の放電は適正ではない。

制御目標値決定部４８によって決定された制御目標値は、運転モード選択部５０に出力される。

図９は、候補目標値導出部４４、買電電力ピーク導出部４６、及び制御目標値決定部４８によって実行される制御目標値を決定する処理（以下「制御目標値決定処理」という。）の流れを示すフローチャートである。制御目標値決定処理は、例えば負荷不足電力が算出される毎に実行される。

まず、ステップ１００では、現在から所定時間前における、負荷不足電力の値及び買電電力の値等の情報をデータベース３２から読み出す。

次のステップ１０２では、データベース３２から読み出した情報に基づいて、候補目標値及び買電電力ピーク値を導出する。

次のステップ１０４では、候補目標値が買電電力ピーク値を超えるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０６へ移行し、否定判定の場合はステップ１０８へ移行する。

ステップ１０６では、候補目標値を制御目標値として決定し、制御目標値決定処理を終了する。

ステップ１０８では、買電電力ピーク値を制御目標値として決定し、制御目標値決定処理を終了する。

ＥＭＳ３０は、制御目標値を決定した後に、蓄電システム１０の運転モードを選択する処理（以下「運転モード選択処理」という。）を運転モード選択部５０によって実行する。

図１０は、運転モード選択処理の流れを示すフローチャートである。なお、運転モード選択処理は、運転モード選択部５０に制御目標値が入力される毎に実行される。

まず、ステップ２００では、現在の発電装置１４の発電電力が現在の負荷１６の消費電力よりも大きいか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ２０２へ移行し、否定判定の場合はステップ２０６へ移行する。

ステップ２０２では、蓄電池２４が充電可能な状態か否かを判定し、肯定判定の場合はステップ２０４へ移行して運転モードとして余剰電力充電モードを選択する。一方、否定判定の場合はステップ２１８へ移行して運転モードとして停止モードを選択する。なお、蓄電池２４が充電不可能な場合とは、例えば蓄電池２４の充電率が充電可能な充電率以上の場合である。

ステップ２０６では、現在の制御目標値が現在の負荷不足電力よりも小さいか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ２０８へ移行し、否定判定の場合はステップ２１２へ移行する。

ステップ２０８では、蓄電池２４が放電可能な状態か否かを判定し、肯定判定の場合はステップ２１０へ移行して運転モードとして放電モードを選択する。一方、否定判定の場合はステップ２１８へ移行して運転モードとして停止モードを選択する。なお、蓄電池２４が放電不可能な場合とは、例えば蓄電池２４の充電率が放電可能な充電率以下の場合である。

ステップ２１２では、現在の時刻が買電電力を蓄電池２４で充電可能な時間帯であるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ２１４へ移行する。一方、否定判定の場合はステップ２１８へ移行して運転モードとして停止モードを選択する。

ステップ２１４では、蓄電池２４が充電可能な状態か否かを判定し、肯定判定の場合はステップ２１６へ移行して運転モードとして充電モードを選択する。一方、否定判定の場合はステップ２１８へ移行して運転モードとして停止モードを選択する。

選択された運転モードは、運転モード指令としてＥＭＳ３０から蓄電システム制御装置２６へ出力される。

以上説明したように、本実施形態に係るＥＭＳ３０は、負荷１６の消費電力と発電装置１４による発電電力との差である負荷不足電力を算出する。そして、ＥＭＳ３０は、買電電力ピーク値に対する削減目標と現在から所定時間前における負荷不足電力の最大値とに基づいて、蓄電池２４からの放電量の制御目標値となりえる候補目標値を導出し、現在から所定時間前における買電電力ピーク値を導出する。その後、ＥＭＳ３０は、候補目標値が買電電力ピーク値を超える場合、候補目標値を制御目標値に決定し、候補目標値が買電電力ピーク値以下の場合、買電電力ピーク値を制御目標値として決定する。

これにより、ＥＭＳ３０、商用系統１８から供給される電力のピーク削減目標の達成に必要とされる、蓄電池２４の放電に関する制御目標値を適正に決定できる。

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

また、上記実施形態で説明した各種処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１０蓄電システム
３０ＥＭＳ
４０入力部
４２負荷不足電力算出部
４４候補目標値導出部
４６買電電力ピーク導出部
４８制御目標値決定部
５０運転モード選択部

Claims

発電装置、負荷、及び商用系統に接続された送電線に接続され、蓄電池を充電又は放電させる蓄電システムの管理装置であって、
前記商用系統から供給される電力のピーク値に対する削減目標が入力される入力手段と、
前記負荷の消費電力と前記発電装置による発電電力との差である負荷不足電力を算出する負荷不足電力算出手段と、
前記削減目標と現在から所定時間前における前記負荷不足電力の最大値とに基づいて、前記蓄電池からの放電量の制御目標値となりえる候補値を導出する候補値導出手段と、
現在から所定時間前における前記商用系統から供給される電力のピーク値を導出する供給電力ピーク導出手段と、
前記候補値が前記ピーク値を超える場合、前記候補値を前記制御目標値に決定し、前記候補値が前記ピーク値以下の場合、前記ピーク値を前記制御目標値として決定する決定手段と、
を備える蓄電システムの管理装置。
前記負荷不足電力が前記制御目標値を超える場合に、前記蓄電池を放電させる放電モードとし、前記負荷不足電力が前記制御目標値以下の場合に、前記商用系統から供給される電力を前記蓄電池に充電させる充電モードとすることで前記蓄電システムの運転モードを選択する選択手段を備える請求項１記載の蓄電システムの管理装置。
前記選択手段は、前記蓄電池を充電又は放電させない場合に、前記蓄電池のインバータを待機状態又は該インバータへの電力の供給を停止する停止モードを選択する請求項２記載の蓄電システムの管理装置。
発電装置、負荷、及び商用系統に接続された送電線に接続され、蓄電池を充電又は放電させる蓄電システムの制御目標値決定方法であって、
前記負荷の消費電力と前記発電装置による発電電力との差である負荷不足電力を算出する第１工程と、
前記商用系統から供給される電力のピーク値に対する削減目標と現在から所定時間前における前記負荷不足電力の最大値とに基づいて、前記蓄電池からの放電量の制御目標値となりえる候補値を導出し、現在から所定時間前における前記商用系統から供給される電力のピーク値を導出する第２工程と、
前記候補値が前記ピーク値を超える場合、前記候補値を前記制御目標値に決定し、前記候補値が前記ピーク値以下の場合、前記ピーク値を前記制御目標値として決定する第３工程と、
を含む制御目標値決定方法。