JP2009284586A - 電力システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】余剰電力を蓄える効率を向上させるとともに、商用電力系統からの電力のピークカットを行うことが可能な電力システムを提供する。
【解決手段】太陽電池１は、照射される光の量に応じて電力を発電する。充放電器４は、蓄電池１０３に対する充放電を行い、また、蓄電池１０３に充電されている充電電力量を計測する。予測部１１は、太陽電池１で発電される発電量、および、家電１０２で消費される需要電力量を予測する。計画部１２は、予測部１１が予測した発電量および需要電力量と、充放電器４が計測した充電電力量とに基づいて、充放電器４による充放電の計画を立てる。制御部１３は、計画部１２が立てた計画に従って、充放電器４による充放電を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電システムで発電された電力を、蓄電池と電力負荷の間で融通する電力システムおよびその制御方法に関する。

近年、太陽光発電システムと蓄電池と有する家庭内電力システムが使用されている。このような家庭内電力システムでは、太陽光発電システムで発電された電力が、蓄電池と家電などの家庭内電力負荷との間で融通される。このとき、家庭内電力システムは、家庭内電力負荷で消費される電力が少ないときには、太陽光発電システムで発電された電力を蓄電池に蓄える。また、家庭内電力システムは、家庭内電力負荷で消費される電力が多いときには、その蓄電池に蓄えた電力を家庭内電力負荷に供給する。これにより、商用電力系統から供給される電力の平準化が行われる。

このような家庭内電力システムとしては、特許文献１に記載の家庭用簡易型太陽光発電システムがある。この家庭用簡易型太陽光発電システムでは、蓄電池として、電気自動車に搭載された蓄電池が使用される。
特開平８−１９１９３号公報

太陽光発電システムにおける発電量は、昼の時間帯において家庭電力負荷による電力消費量を上回ることがある。この上回った余剰電力は、商用電力系統へ逆潮流され、電力会社に売電される場合が多い。しかしながら、この商用電力系統への逆潮流は、その商用電力系統の電力品質を低下させる。このため、太陽光発電システムを備えた家庭内電力システムが大規模に普及し電力の逆潮流が増えた場合、この逆潮流による商用電力系統の電力品質は、無視できないほど低下するという問題がある。

特許文献１に記載の家庭用簡易型太陽光発電システムでは、電気自動車に搭載された蓄電池に余剰電力を蓄えている。しかしながら、蓄電池の容量は限られているため、蓄電池の空き容量が不足して、余剰電力を蓄えることができないという課題が発生する。特に、
電気自動車に搭載されている蓄電池は、電気自動車の動力として使用するための電力量を確保しておくことが必要であるため、余剰電力を蓄えることが可能な蓄電池の容量が少なくなる。

また、この家庭用簡易型太陽光発電システムでは、その蓄えた電力を、家庭内電力負荷による消費電力が多いときに、その家庭内電力負荷に供給することで、商用電力系統から家庭内電力負荷に供給する電力のピークカットを行う。しかしながら、蓄電池の充電電力量が少ない場合、蓄電池から家電への電力供給が不足する。したがって、商用電力系統から家庭内電力負荷への電力の供給が増加して、商用電力系統からの電力のピークカットが十分に行えないという課題も発生する。

そこで、本発明の目的は、少なくとも余剰電力を蓄える効率を向上させることを可能にし、さらには、商用電力系統からの電力のピークカットを行うことが可能な電力システムおよびその制御方法を提供することである。

本発明による電力システムは、電力負荷、電力系統および蓄電池に接続可能な電力システムであって、照射される光の量に応じて電力を発電する太陽電池と、前記蓄電池に対する充放電を行い、また、前記蓄電池に充電されている充電電力量を計測する充放電器と、前記充放電器が放電する際には、該放電された電力と、前記電力系統からの電力と、前記太陽電池にて発電された電力と、を前記電力負荷に供給し、また、前記充放電器が充電する際には、前記電力系統からの電力と、前記太陽電池にて発電された電力と、を前記電力負荷および充放電器に供給する分電盤と、前記太陽電池で発電される発電量、および、前記電力負荷で消費される需要電力量を予測する予測部と、前記予測部が予測した発電量および需要電力量と、前記充放電器が計測した充電電力量とに基づいて、前記充放電器による充放電の計画を立てる計画部と、前記計画部が立てた計画に従って、前記充放電器による充放電を制御する制御部と、を含む。

本発明による電力システムの制御方法は、照射される光の量に応じて電力を発電する太陽電池と、蓄電池に対する充放電を行う充放電器と、前記充放電器が放電する際には、該放電された電力と電力系統からの電力と前記太陽電池にて発電された電力とを前記電力負荷に供給し、また、前記充放電器が充電する際には、前記電力系統からの電力と前記太陽電池にて発電された電力とを前記電力負荷および充放電器に供給する分電盤と、を含む電力システムの制御方法であって、前記蓄電池に充電されている充電電力量を計測する計測ステップと、前記太陽電池で発電される発電量、および、前記電力負荷で消費される需要電力量を予測する予測ステップと、前記予測された発電量および需要電力量と、前記計測された充電電力量とに基づいて、前記充放電器による充放電の計画を立て立案ステップと、前記立てられた計画に従って、前記充放電器による充放電を制御する制御ステップと、を含む。

本発明によれば、少なくとも余剰電力を蓄える効率を向上させることが可能になり、さらには、商用電力系統からの電力のピークカットを行うことが可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の電力システムを示したブロック図である。図１において、電力システムは、太陽電池１および変換器２を含む太陽光発電システムと、分電盤３と、充放電器４と、制御端末５とを含む。電力システムは、商用系統１０１と、家電１０２と、蓄電池１０３と相互に接続可能である。また、電力システムは、インターネット１０５を介してサーバ１０４に相互に接続可能である。

なお、電力システムおよび家電１０２は、住宅１０６に配置され、蓄電池１０３は、電気自動車１０７に搭載される。

太陽電池１は、照射される光の量（以下、日射量と称する）に応じて電力を発電し、その電力を変換器２に出力する。なお、太陽電池１で発電される電力は、直流電力である。

変換器２は、例えば、パワーコンディショナである。変換器２は、太陽電池１からの直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を分電盤３に出力する。また、変換器２は、その変換した交流電力量を、太陽電池１で発電された発電量として計測する。ここで、変換器２は、予め定められた時間帯ごと、その時間帯で発電された発電量を計測する。

分電盤３は、商用電力系統である商用系統１０１と相互に接続可能である。分電盤３は、充放電器４が放電する際には、その放電された電力と、商用系統１０１からの電力と、太陽電池１にて発電された電力と、を家電１０２に供給する。また、分電盤３は、充放電器４が充電する際には、商用系統１０１からの電力と、太陽電池１にて発電された電力と、を家電１０２および充放電器４に供給する。さらに、分電盤３は、充放電器４にて放電されている放電電力量が、家電１０２で消費されている現消費電力量より多い場合、放電電力量と現消費電力量との差に相当する電力量の商用系統１０１への逆潮流を行う。

また、分電盤３は、家電１０２で消費された消費電力量と、商用系統１０１への逆潮流量と、商用系統１０１から供給されている購入電力量とを計測する。ここで、分電盤３は、上記の時間帯ごとに、その時間帯で消費された消費電力量を計測する。また、分電盤３は、逆潮流を常に計測している。なお、分電盤３が変換器２の代わりに発電量を計測してもよい。

なお、家電１０２は、電力負荷の一例である。また、家電１０２は、一つでもよいし、複数でもよいが、図１では、複数あるとしている。

充放電器４は、蓄電池１０３と相互に接続可能であり、蓄電池１０３に対する充放電を行う充放電システムを構成する。また、充放電器４は、蓄電池１０３に充電されている充電電力量を常に計測する。なお、蓄電池１０３は、電気自動車１０７の動力源としても機能する。

制御端末５は、インターネット１０５を介してサーバ１０４と相互に接続可能である。サーバ１０４は、気象情報サービスとして、上記の時間帯ごとの実際に観測された気象を示す実気象情報と、所定期間（例えば、翌日から１週間後までの期間）内の上記の時間帯ごとの気象の予測を示す気象予報情報とを提供する。ここで、実気象情報としては、天気（例えば、晴れ、曇りおよび雨など）を示す天気情報と、気温を示す気温情報とがある。また、気象予報情報としては、天気の予測を示す天気予報情報と、気温の予測を示す気温予報情報とがある。

制御端末５は、予測部１１と、計画部１２と、制御部１３とを含む。

予測部１１は、定期的に（例えば、毎日）、サーバ１０４から実気象情報および気象予報情報を受信し、その実気象情報および気象予報情報を蓄積する。

また、予測部１１は、変換器２で計測された時間帯ごとの発電量を、その時間帯と対応付けて蓄積する。さらに、予測部１１は、分電盤３で計測された時間帯ごとの消費電力量を、その時間帯と対応付けて蓄積する。

予測部１１は、その蓄積した実気象情報、気象予報情報、発電量および消費電力量に基づいて、予め定められた予測期間内に太陽電池１で発電される発電量を時間帯別に予測する。また、予測部１１は、その蓄積した実気象情報、気象予報情報、発電量および消費電力量に基づいて、その予測期間内に家電１０２で消費される消費電力量を時間帯別に予測する。

以下、その予測された時間帯別の発電量を発電予測と称し、その予測された時間帯別の消費電力量を需要予測と称する。なお、需要予測は、需要電力量の一例である。

以下、予測部１１による発電予測の具体的な生成方法について説明する。

先ず、予測部１１は、予め定められた期間（例えば、３０日）分の時間帯別の実気象情報、発電量および需要電力量が蓄積されると、その期間分の時間帯別の天気情報および発電量をサンプルとして抽出する。予測部１１は、それらのサンプルに対して回帰分析を行い、天気情報から発電量を予測するための発電予測式を時間帯別に導出する。この回帰分析では、説明変数（独立変数）は、天気情報であり、目的変数（従属変数）は発電量である。

例えば、予測部１１は、天気情報を、晴れを１とし、曇りを２とし、雨を３とするなどして数値化する。そして、予測部１１は、時間帯別に、その時間帯のその数値化した天気情報を説明変数Ｘとし、その時間帯の発電量を目的変数Ｙとした回帰式Ｙ＝α＋βＸの定数項αおよび回帰係数βを最小二乗法から求めて、発電予測式を時間帯別に導出する。なお、回帰分析による発電予測式の導出法は、この方法に限らず適宜変更可能である。

続いて、予測部１１は、時間帯別に、その時間帯の発電予測式に、その時間帯の天気予報情報を入力して、時間帯別の発電予測を生成する。ここで、予測部１１は、発電予測式を導出する際に天気情報を数値化した方法と同じ方法で、天気予報情報を数値化してから用いる。

次に、需要予測の具体的な生成方法について説明する。

先ず、予測部１１は、その蓄積されたデータから、予め定められた期間分の時間帯別の天気情報、気温情報および需要電力量をサンプルとして抽出する。予測部１１は、それらのサンプルに対して回帰分析を行い、天気情報および気温情報から需要電力量を予測するための需要予測式を時間帯別に導出する。この回帰分析では、説明変数は、天気および気温であり、目的変数は需要電力量である。

例えば、予測部１１は、天気を、晴れを１とし、曇りを２とし、雨を３とするなどして数値化する。そして、予測部１１は、時間帯別に、その時間帯の天気を説明変数Ｘ₁とし、その時間帯の気温を説明変数Ｘ₂、その時間帯の需要電力量を目的変数Ｚとした回帰式Ｚ＝γ＋δＸ₁＋εＸ₂の定数項γおよび回帰係数δおよびεを最小二乗法から求めて、需要予測式を時間帯別に導出する。なお、回帰分析による需要予測式の導出法は、この方法に限らず適宜変更可能である。

続いて、予測部１１は、時間帯別に、その時間帯の需要予測式に、その時間帯の天気予報情報および気温予報情報を入力して、時間帯別の需要予測を生成する。ここで、予測部１１は、需要予測式を導出する際に天気情報を数値化した方法と同じ方法で、天気予報情報を数値化してから用いる。

計画部１２は、予測部１１が生成した発電予測および需要予測に基づいて、予測期間内の充放電器４による充放電の計画を立てる。なお、予測期間は、例えば、翌日の１時から２４時まででもよいし、当日の深夜（例えば、２２時など）から翌日の深夜（例えば、２２時まで）でもよい。また、計画部１２は、予測期間の直前に、その予測期間内の計画を立てることが望ましい。

制御部１３は、計画部１２が立てた充放電の計画に従って、充放電器４による充放電を制御する。

以下、計画部１２および制御部１３が行う具体的な処理について説明する。

計画部１２は、余剰電力を蓄える効率を向上させて、逆潮流の最大値を小さくするための第一計画と、商用系統１０１からの電力のピークカットを行うための第二計画とのいずれかを立てる。なお、ピークカットとは、商用系統１０１からの電力を購入電力規定値以下にすることである。

先ず、第一計画について説明する。

（１）計画部１２は、予測部１１が生成した発電予測および需要予測の差を、予測期間内の時間帯ごとに計算する。計画部１２は、発電予測が需要予測より多い場合、その差を余剰電力として生成する。

（２）計画部１２は、その各時間帯の余剰電力を積分して、予測期間内の余剰電力の総量を計算する。これにより、計画部１２は、発電予測が需要予測より多い時間帯ごとの発電予測と需要予測との差の総量を、余剰電力の総量として計算することになる。

（３）計画部１２は、充放電器４で計測された充電電力量と蓄電池１０３の定格容量との差を、蓄電池の空き容量として計算する。なお、定格容量は、計画部１２に予め設定されているものとする。

（４）計画部１２は、余剰電力の総量と蓄電池の空き容量とを比較する。

計画部１２は、余剰電力の総量と蓄電池の空き容量との比較結果に基づいて、充放電の計画を以下の（Ａ）、（Ｂ１）および（Ｂ２）の３種類に分類し、その分類に応じた充放電の第一計画を立てる。

（Ａ）空き容量が余剰電力の総量以上の場合：
計画部１２は、余剰電力を蓄電池に充電し、それ以外の充放電を行わない計画を立てる。この場合、制御部１３は、分電盤３で計測される逆潮流量がゼロになるように、余剰電力を充放電器４に蓄電池１０３に対して充電させる。

（Ｂ）空き容量が余剰電力量の総量より小さい場合：
計画部１２は、空き容量と余剰電力量の総量との差に相当する差分電力量が、余剰電力が初めて発生する時間帯以前の需要予測の総量より大きいか否かを判断する。なお、余剰電力が初めて発生する時間帯は、発電予測が需要予測より多くなる余剰時間帯である。

（Ｂ１）差分電力量が余剰時間帯以前の需要予測の総量以下の場合：
計画部１２は、余剰時間帯以前に、蓄電池１０３に充電された電力を家電１０２に放電することで、余剰電力を全て充電することが可能な空き容量が確保できると判断する。

そして、計画部１２は、余剰時間帯以前に、商用系統１０１への逆潮流が行われないように、充放電器４に放電させる計画を立てる。さらに言えば、計画部１２は、商用系統１０１からの購入電力量をゼロにし、充放電器４に蓄電池１０３から家電１０２に放電させる計画を立てる。ここで、計画部１２は、充放電器４に放電させる電力量の総量（以下、放電総量と称する）を、差分電力量と等しい量に決定する。

この場合、制御部１３は、その決定された放電総量だけ放電されるまで、分電盤３で計測された逆潮流量が常にゼロになるように、充放電器４に放電させる。制御部１３は、その放電総量だけ放電させると、その後は、（Ａ）と同様に、分電盤３で計測される逆潮流量がゼロになるように、余剰電力を充放電器４に蓄電池１０３に対して充電させる。

（Ｂ２）差分電力量が余剰時間帯以前の需要予測の総量より大きい場合：
計画部１２は、余剰時間帯以前に、蓄電池１０３に充電された電力を家電１０２に放電しても、余剰電力を全て充電することが可能な空き容量が確保できないと判断する。

そして、計画部１２は、余剰時間帯以前に蓄電池１０３から家電１０２への放電が行われ、かつ、商用系統１０１への逆潮流が行われるように、充放電器４に放電させる計画を立てる。さらに言えば、計画部１２は、所定時間あたりの逆潮流量を、一定かつ所定値以下になるように計画を立てる。ここで、計画部１２は、放電総量を、差分電力量と等しい量に決定する。また、計画部１２は、逆潮流量の総量を、差分電力量と余剰時間帯以前の需要電力量の総量との差に相当する分の電力量に決定する。

この場合、制御部１３は、余剰時間帯以前に蓄電池１０３から家電１０２への放電が行われ、かつ、商用系統１０１への逆潮流が行われるように、その決定された放電総量だけ充放電器４に放電させる。このとき、制御部１３は、分電盤３で計測された逆潮流量が一定かつ所定値以下になるように、逆潮流を制御する。

制御部１３は、その放電総量だけ放電させると、その後は、（Ａ）と同様に、分電盤３で計測される逆潮流量がゼロになるように、余剰電力を充放電器４に蓄電池１０３に対して充電させる。

次に、第二計画について説明する。

（一）計画部１２は、予測部１１が生成した需要予測および購入電力規定値の差を時間帯ごとに計算する。計画部１２は、需要予測が購入電力規定値より大きい場合、その差をピーク電力とする。

（二）計画部１２は、その各時間帯のピーク電力を積分して、ピーク電力の総量を計算する。これにより、需要電力量が購入電力規定値より多い時間帯ごとの需要電力量と購入電力規定値との差の総量を、ピーク電力の総量として計算することになる。

（三）計画部１２は、充放電器４で計測された最新の充電電力量と、ピーク電力の総量とを比較する。

計画部１２は、その充電電力量と、ピーク電力の総量との比較結果に基づいて、充放電の計画を以下の（α）および（β）の２種類に分類し、その分類に応じた充放電の第二計画を立てる。

（α）ピーク電力の総量が充電電力量より小さい場合：
計画部１２は、ピーク電力が発生する時間帯以前に、商用系統１０１からの電力の充電を行わない計画を立てる。この場合、制御部１３は、ピーク電力が発生する時間帯では、分電盤３にて計測されている購入電力量が購入電力規定値を超えないように、充放電器４に蓄電池１０３に対して放電させる。

（β）ピーク電力の総量が充電電力量より大きい場合：
計画部１２は、ピーク電力が発生する時間帯以前に、商用系統１０１からの電力を充放電器４に蓄電池１０３に対して充電させる計画を立てる。ここで、計画部１２は、充放電器４に、充電電力量がピーク電力の総量と等しくなるように充電させる。

次に動作を説明する。

先ず、晴れの日に蓄電池が満充電に近いケースにおいて、逆潮流の最大値を小さくする際の動作を説明する。図２は、この動作例を説明するための説明図である。

図２（ａ）において、電力需要２０１が棒グラフで示され、発電量２０２が折れ線グラフで示されている。電力需要２０１は、家電１０２で消費される消費電力量を示す。また、発電量２０２は、太陽電池１で発電される発電量を示す。

電力需要２０１では、住宅１０６で人が活動する時間帯である、朝の時間帯と夕方から深夜までの時間帯で需要が大きい。また、発電量２０２は、日射量に比例して大きくなるため、通常、昼を中心とし山の形のカーブを描く。図２で示した日は、天気が晴れているため、１１時から１６時までの時間帯において、発電量２０２は電力需要２０１より大きくなっている。この電力需要２０１より大きい発電量が、図２（ｂ）で示した余剰電力となる。

その余剰電力は、蓄電池１０３に充電されるか、または、商用系統１０１に逆潮流される。この逆潮流は、商用系統１０１の電力品質を低下させる。このため、逆潮流量は、少ないか、または、全くないことが望ましい。つまり、余剰電力は、なるべく蓄電池１０３に充電されることが望ましい。

従来技術では、蓄電池では、余剰電力があれば、その余剰電力が充電され、一方、電力需要が規定値を超えれば、充電されている電力が放電される。このため、図２（ｃ）で示したように、蓄電池１０３が満充電に近い状態から、余剰電力の充電が開始されなければならないことがあった。図２（ｃ）で示した蓄電池１０３の状態では、余剰電力のうち、最初の１時間分の電力しか充電することができない。したがって、その後の余剰電力は、逆潮流される。その結果、商用系統１０１の電力品質を低下させることとなっていた。ここで、図２（ｄ）は、この逆潮流の量を示している。

本実施形態では、先ず、予測部１１は、蓄積された実気象情報、発電量および需要電力量に基づいて、電力需要２０１および発電量２０２を予測して、翌日の時間帯別の需要予測および発電予測を生成する。

計画部１２は、発電予測および需要予測の差を、予測期間内の時間帯ごとに計算する。計画部１２は、発電予測が需要予測より多い場合、その差を余剰電力（図２（ｂ））として生成する。計画部１２は、その各時間帯の余剰電力を積分して、予測期間内の余剰電力の総量を計算する。そして、計画部１２は、充放電器４にて計測された充電電力量と蓄電池１０３の定格容量との差を計算して、蓄電池１０３の空き容量を求める。

続いて、計画部１２は、余剰電力の総量と蓄電池の空き容量とを比較して、空き容量が余剰電力の総量以上か否かを判断する。

空き容量が余剰電力量の総量より小さい場合、計画部１２は、余剰電力を蓄電池に充電し、それ以外の充放電を行わない計画を立てる。この場合、制御部１３は、分電盤３で計測される逆潮流量がゼロになるように、余剰電力を充放電器４に蓄電池１０３に対して充電させる。

一方、空き容量が余剰電力量の総量より小さい場合、計画部１２は、空き容量と余剰電力量の総量との差に相当する差分電力量が、余剰時間帯以前の需要予測の総量より大きいか否かを判断する。

差分電力量が余剰時間帯以前の需要予測の総量以下の場合、計画部１２は、余剰時間帯以前に、商用系統１０１への逆潮流が行われないように、充放電器４に放電させる計画を立てる。さらに言えば、計画部１２は、商用系統１０１からの購入電力量をゼロにし、充放電器４に蓄電池１０３から家電１０２に放電させる計画を立てる。ここで、計画部１２は、充放電器４に放電させる放電総量は、差分電力量と等しい量に決定する。

この場合、制御部１３は、その決定された放電総量だけ放電されるまで、分電盤３で計測された逆潮流量がゼロになるように、充放電器４に放電させる。

これにより、その放電が前日から行われるように予測期間が設定されていれば、図２（ｅ）で示したように、前日の放電により１時の充電電力量が図２（ｃ）で示した充電電力量より小さくすることができる。なお、図２（ｅ）では、１時から８時まで、蓄電池１０３の放電がさらに行われ、空き容量がさらに確保されている。したがって、余剰電力を全て蓄電池１０３に充電することが可能になるので（図２（ｅ）の１１時から１６時）、逆潮流を防止することが可能になる。

一方、差分電力量が余剰時間帯以前の需要予測の総量以下の場合、計画部１２は、余剰時間帯以前に蓄電池１０３から家電１０２への放電が行われ、かつ、商用系統１０１への逆潮流が行われるように、充放電器４に放電させる計画を立てる。さらに言えば、計画部１２は、所定時間あたりの逆潮流量を、一定かつ所定値以下になるように計画を立てる。ここで、計画部１２は、放電総量を、差分電力量と等しい量に決定する。また、計画部１２は、逆潮流量の総量を、差分電力量と余剰時間帯以前の需要電力量の総量との差に相当する分の電力量に決定する。

この場合、制御部１３は、余剰時間帯以前に蓄電池１０３から家電１０２への放電が行われ、かつ、商用系統１０１への逆潮流が行われるように、その決定された放電総量だけ充放電器４に放電させる。このとき、制御部１３は、分電盤３で計測された逆潮流量が一定かつ所定値以下になるように、逆潮流を制御する。

図２（ｆ）は、このときの逆潮流量を示した図である。図２（ｆ）において、逆潮流量は、従来技術の場合（図２（ｄ））と比べて、逆潮流量のピーク値を小さくすることが可能になる。したがって、商用系統１０１の品質劣化を軽減することが可能になる。

次に、曇りもしくは雨の日に蓄電池が空に近いケースにおいて、商用系統１０１からの電力を購入電力規定値以下にするピークカットを行い、購入電力量を小さくする際の動作を説明する。図３は、この動作例を説明するための説明図である。

図３（ａ）において、電力需要３０１が棒グラフで示され、発電量３０２が折れ線グラフで示されている。電力需要３０１は、家電１０２で消費される消費電力量を示す。また、発電量３０２は、太陽電池１で発電される発電量を示す。

曇りもしくは雨の日は、日射量が少ないので、太陽電池の発電量３０２は小さい。図３（ａ）では、発電量３０２は、電力需要３０１に比べて小さい。

従来技術では、発電量のうちの余剰電力量だけが充電されるため、図３（ａ）で示した状況では、蓄電池１０３への充電は行われない。また、消費電力量が購入電力規定値を超える１８時から２２時の時間帯においては、ピークカットを行うために、蓄電池１０３が放電され、その放電された電力が家電１０２に供給される。このとき、蓄電池１０３の充電電力量が、ピークカットに必要な電力量より少ない場合（図３（ｂ））、その充電電力量でピークカットを行うことが可能な時間は、最初の２時間のみである。このため、残りの時間のピークカットを行うための蓄電量がない（図２（ｃ））。したがって、家電１０２を動作させるために、商用系統１０１から購入電力規定値より大きい電力を購入することとなり（図３（ｄ））、電力コストが大きくなる。

本実施形態では、先ず、計画部１２は、予測部１１が生成した需要予測および購入電力規定値の差を時間帯ごとに計算する。計画部１２は、需要予測が購入電力規定値より大きい場合、その差をピーク電力とする。計画部１２は、その各時間帯のピーク電力を積分して、ピーク電力の総量を計算する。計画部１２は、充放電器４で計測された最新の充電電力量がその空き容量より大きいか否かを判断する。

ピーク電力の総量が充電電力量より大きい場合（図３（ａ））の場合、計画部１２は、ピークカットに必要な蓄電量を、ピーク電力が発生する時間帯以前（図３（ｅ））に確保するため、商用系統１０１からの電力を充放電器４に蓄電池１０３に対して充電を行う計画を立てる。これにより、ピークカットを行う時間帯には、ピークカットを行うための必要な電力量を蓄電池１０３から家電１０２に供給することができ（図２（ｆ））、商用系統１０１から購入する電力量を購入電力規定値以下に保つことができる（図２（ｇ））。

次に購入電力規定値の設定について説明する。

計画部１２は、予測期間内のピーク電力の総量が蓄電池の容量以下となるように、その予測期間の購入電力規定値を求め、その求めた購入電力規定値を設定する。これは、充電する計画と放電する計画とが同時に立てられることを防止するためである。

以下、その理由を説明する。

充電する計画と放電する計画とが同時に立てられる可能性があるのは、余剰電力を蓄電池１０３に充電し、蓄電池１０３が満充電となった後でも、ピークカットを行うために必要な蓄電池１０３から放電する電力量が過大なために、蓄電池１０３の充電電力量が不足する状況である。図４は、この状況を示した説明図である。

この状況に対して第二計画が立てられ、蓄電池１０３に充電できる最大の電力量が蓄電池１０３に蓄えられても、ピークカットを行うために必要な電力量をまかなうことができない。

そこで、購入電力規定値を適切な値に設定することが必要となる。具体的には、蓄電池１０３が満充電の状態からピークカットを行った場合において、蓄電池の充電電力量が不足しないように、購入電力規定値は、ピーク電力の総量が蓄電池の容量以下となるように設定されることが必要となる。

この場合、充電する計画と放電する計画とが同時に立てられることはなく、その日の最初の蓄電池の充電状態は過剰か不足かのどちらかであり、行われる制御も放電か充電かのどちらかになる。

次に効果を説明する。

太陽電池１は、照射される光の量に応じて電力を発電する。充放電器４は、蓄電池１０３に対する充放電を行い、また、蓄電池１０３に充電されている充電電力量を計測する。予測部１１は、太陽電池１で発電される発電量、および、家電１０２で消費される需要電力量を予測する。計画部１２は、予測部１１が予測した発電量および需要電力量と、充放電器４が計測した充電電力量とに基づいて、充放電器４による充放電の計画を立てる。制御部１３は、計画部１２が立てた計画に従って、充放電器４による充放電を制御する。

この場合、充放電器４による蓄電池１０３に対する充放電が、予測された発電量および需要電力量と、計測された充電電力量とに基づいて制御される。

したがって、発電量が多いと予測される場合には、発電量が多くなる前に、蓄電池１０３を放電させて蓄電池１０３の空き容量を多くすることが可能になる。よって、余剰電力を蓄える容量を確保することが可能になり、余剰電力を蓄える効率を向上させることが可能になる。また、発電量が少ないと予測される場合には、需要電力量が多くなる前に、蓄電池１０３を充電させて電力を多く蓄電させることが可能になる。よって、その蓄電された電力が、需要電力が多いときに放電されれば、商用系統１０１からのピークカットを行うことが可能になる。

また、本実施形態では、予測部１１は、発電量および需要電力量を時間帯別に予測する。計画部１２は、その発電量が需要電力量より多い時間帯ごとの発電量と需要電力量との差の総量を、余剰電力総量として計算する。また、計画部１２は、蓄電池１０３の充電電力量と蓄電池１０３の定格容量との差を、蓄電池１０３の空き容量として計算する。そして、計画部１２は、空き容量が余剰電力総量より小さい場合、発電量が需要電力量より多くなる余剰時間帯以前に、空き容量および余剰電力総量の差に相当する差分電力量を、充放電器４に放電させる計画を立てる。

この場合、空き容量が余剰電力総量より小さい場合、発電量が需要電力量より多くなる余剰時間帯以前に、空き容量および余剰電力総量の差に相当する差分電力量が、充放電器４から放電される。したがって、的確に余剰電力を蓄える容量を確保することが可能になり、余剰電力を蓄える効率を向上させることが可能になる。

また、本実施形態では、計画部１２は、空き容量が余剰電力総量より小さい場合、差分電力量が余剰時間帯以前の需要電力量の総量以下であると、逆潮流が行われないように、差分電力量を充放電器４に放電させる計画を立てる。一方、計画部１２は、差分電力量が余剰時間帯以前の需要電力量の総量より大きいと、差分電力量と余剰時間帯以前の需要電力量の総量との差に相当する分の電力量だけ逆潮流が行われるように、差分電力量を充放電器４に放電させる計画を立てる。

この場合、差分電力量の全てを家電１０２で消費することが可能な場合には、逆潮流が行われない。また、差分電力量の全てを家電１０２で消費することが可能でない場合、差分電力量のうち、家電１０２で消費しきれない電力だけを逆潮流することが可能になる。したがって、逆潮流量を低減することが可能になり、商用系統１０１の品質劣化を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、計画部１２は、需要電力量が購入電力規定値より多い時間帯ごとの需要電力量と購入電力規定値との差の総量を、ピーク電力の総量として計算する。そして、計画部１２は、ピーク電力の総量が充電電力量より大きい場合、需要電力量が規定値より多くなる時間帯以前に、充電電力がピーク電力の総量と等しくなるように、充放電器４に放電させる。

この場合、余剰電力を蓄える容量を確保することが可能になり、余剰電力を蓄える効率を向上させることが可能になる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

例えば、電力負荷として家電を用いて説明したが、電力負荷は、家電に限らず適宜変更可能である。

本発明の一実施形態の電力システムを示したブロック図である。 逆潮流の最大値を小さくする際の動作例を説明するための説明図である。 商用系統からの電力のピークカットを行う際の動作例を説明するための説明図である。 蓄電池が満充電となった後でも、ピークカットを行うために必要な電力量が過大なために、蓄電池の充電電力量が不足する状況を示した説明図である。

符号の説明

１ 太陽電池
２ 変換器
３ 分電盤
４ 充放電器
５ 制御端末
１１ 予測部
１２ 計画部
１３ 制御部
１０１ 商用系統
１０２ 家電
１０３ 蓄電池
１０４ サーバ

Claims (8)

1. 電力負荷、電力系統および蓄電池に接続可能な電力システムであって、
   照射される光の量に応じて電力を発電する太陽電池と、
   前記蓄電池に対する充放電を行い、また、前記蓄電池に充電されている充電電力量を計測する充放電器と、
   前記充放電器が放電する際には、該放電された電力と、前記電力系統からの電力と、前記太陽電池にて発電された電力と、を前記電力負荷に供給し、また、前記充放電器が充電する際には、前記電力系統からの電力と、前記太陽電池にて発電された電力と、を前記電力負荷および充放電器に供給する分電盤と、
   前記太陽電池で発電される発電量、および、前記電力負荷で消費される需要電力量を予測する予測部と、
   前記予測部が予測した発電量および需要電力量と、前記充放電器が計測した充電電力量とに基づいて、前記充放電器による充放電の計画を立てる計画部と、
   前記計画部が立てた計画に従って、前記充放電器による充放電を制御する制御部と、を含む電力システム。
2. 請求項１に記載の電力システムにおいて、
   前記予測部は、前記発電量および前記需要電力量を時間帯別に予測し、
   前記計画部は、前記発電量が前記需要電力量より多い時間帯ごとの、前記発電量と前記需要電力量と差の総量を、余剰電力総量として計算し、また、前記充電電力量と前記蓄電池の定格容量との差を、前記蓄電池の空き容量として計算し、前記空き容量が前記余剰電力総量より小さい場合、前記発電量が前記需要電力量より多くなる余剰時間帯以前に、前記空き容量と前記余剰電力総量との差に相当する差分電力量を、前記充放電器に放電させる計画を立てる、電力システム。
3. 請求項２に記載の電力システムにおいて、
   前記分電盤は、前記充放電器にて放電されている放電電力量が、前記電力負荷で消費されている現消費電力量より多い場合、前記放電電力量と前記現消費電力量との差に相当する電力量の前記電力系統への逆潮流を行い、
   前記計画部は、前記空き容量が前記余剰電力総量より小さい場合、前記差分電力量が前記余剰時間帯以前の前記需要電力量の総量以下であると、前記逆潮流が行われないように、前記差分電力量を前記充放電器に放電させる計画を立て、前記差分電力量が前記余剰時間帯以前の前記需要電力量の総量より大きいと、前記差分電力量と前記余剰時間帯以前の前記需要電力量の総量との差に相当する電力量だけ前記逆潮流が行われるように、前記差分電力量を前記充放電器に放電させる計画を立てる、電力システム。
4. 請求項２または３に記載の電力システムにおいて、
   前記計画部は、前記需要電力量が予め設定された規定値より多い時間帯ごとの、前記需要電力量と前記規定値との差の総量を、ピーク電力総量として計算し、前記ピーク電力総量が前記充電電力量より大きい場合、前記需要電力量が前記規定値より多くなる時間帯以前に、前記充電電力量が前記ピーク電力総量と等しくなるように、前記充放電器に充電させる計画を立てる、電力システム。
5. 照射される光の量に応じて電力を発電する太陽電池と、蓄電池に対する充放電を行う充放電器と、前記充放電器が放電する際には、該放電された電力と電力系統からの電力と前記太陽電池にて発電された電力とを電力負荷に供給し、また、前記充放電器が充電する際には、前記電力系統からの電力と前記太陽電池にて発電された電力とを前記電力負荷および充放電器に供給する分電盤と、を含む電力システムの制御方法であって、
   前記蓄電池に充電されている充電電力量を計測する計測ステップと、
   前記太陽電池で発電される発電量、および、前記電力負荷で消費される需要電力量を予測する予測ステップと、
   前記予測された発電量および需要電力量と、前記計測された充電電力量とに基づいて、前記充放電器による充放電の計画を立てる立案ステップと、
   前記立てられた計画に従って、前記充放電器による充放電を制御する制御ステップと、を含む電力システムの制御方法。
6. 請求項５に記載の電力システムの制御方法において、
   前記予測ステップでは、前記発電量および前記需要電力量を時間帯別に予測し、
   前記立案ステップは、
   前記発電量が前記需要電力量より多い時間帯ごとの、前記発電量と前記需要電力量との差の総量を、余剰電力総量として計算する第一計算ステップと、
   前記充電電力量と前記蓄電池の定格容量との差を、前記蓄電池の空き容量として計算する第二計算ステップと、
   前記空き容量が前記余剰電力総量より小さい場合、前記発電量が前記需要電力量より多くなる余剰時間帯以前に、前記空き容量と前記余剰電力総量との差に相当する差分電力量を前記充放電器に放電させる計画を立てる第一計画ステップと、を含む、電力システムの制御方法。
7. 請求項６に記載の電力システムの制御方法において、
   前記分電盤は、前記充放電器にて放電されている放電電力量が、前記電力負荷で消費されている消費電力量より多い場合、前記放電電力量と前記消費電力量との差に相当する電力量の前記電力系統への逆潮流を行い、
   前記第一計画ステップでは、前記空き容量が前記余剰電力総量より小さい場合、前記差分電力量が前記余剰時間帯以前の前記需要電力量の総量以下であると、前記逆潮流が行われないように、前記差分電力量を前記充放電器に放電させる計画を立て、前記差分電力量が前記余剰時間帯以前の前記需要電力量の総量より大きいと、前記差分電力量と前記余剰時間帯以前の前記需要電力量の総量との差に相当する電力量だけ前記逆潮流が行われるように、前記差分電力量を前記充放電器に放電させる計画を立てる、電力システムの制御方法。
8. 請求項６または７に記載の電力システムの制御方法において、
   前記立案ステップは、
   前記需要電力量が予め設定された規定値より多い時間帯ごとの、前記需要電力量と前記規定値との差の総量を、ピーク電力総量として計算する第三計算ステップと、
   前記ピーク電力総量が前記空き容量より大きい場合、前記需要電力量が前記規定値より多くなる時間帯以前に、前記空き容量が前記ピーク電力総量以下になるように、前記充放電器に放電させる計画を立てる、第二計画ステップと、を含む、電力システムの制御方法。

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