JP2013005574A - 電力設備制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電力設備の遠隔制御システムは、前記電力設備に一方通行的に電力の需要調整の依頼をしており、前記電力設備の保有者に対して見做し量で貢献料を提供しているため、前記電力設備の保有者は、妥当な貢献料を得ることが保証されない。
【解決手段】電力系統の系統運用サーバおよび前記電力系統に系統連系して電力消費または蓄電を行う単数または複数の電力設備と通信網を介して接続され、前記電力設備の電力の需給バランスを調整する電力設備制御システムにおいて、前記電力設備の以後の電力需要から電力の需要計画を作成し、前記需要計画に基づいて前記系統運用サーバの運用状況から前記電力設備に対して電力需要を調整するよう需要調整依頼の情報を送信し、前記需要調整依頼に基づいて前記電力設備内で行われた需要調整の観測情報である需要調整結果を受信し、前記需要調整結果から前記電力設備が前記需要調整を行うことにより得られた貢献度を求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、商用電力系統に接続する電力消費もしくは蓄電を行う電力設備の制御システムに関する。
社会インフラ全体の効率向上のために、電力事業者の保有設備ではない電力設備について、遠隔より監視制御するシステムが構築されている。特に、電気自動車（以下、ＥＶ）の普及を見越して、蓄電・蓄エネルギー設備の充電行為について遠隔から直接／間接制御する試みが始まっている。たとえば、Ｖ２Ｇ（Vehicle to Grid）と呼称される概念は、この一つである。
この分野の背景技術として、特開２０１０−２３１２５８号公報（特許文献１）には、電気自動車をより効率的に利用するためのバッテリ充電システムや車両管理サーバ等が記載されており、中央サーバが個別ＥＶのバッテリ充電管理を行っている。また、特開平２０１０−８１７２２号公報（特許文献２）では、電力系統運用に貢献するために、中央サーバからの推奨もしくは命令が発信された場合に、前記発信された充放電報奨情報に基づいて、充放電報奨が最大になるように充放電を実施し、各々の充電設備が充電計画を調整する方法を示されている。
特開２０１０−２３１２５８号公報 特開２０１０−８１７２２号公報
前記特許文献１および特許文献２において、中央サーバが充電設備等の電力設備に対して一方通行的に電力の需要調整の依頼をしていることから、前記電力設備の電力の需要計画が変更になった場合や実際の需要調整量に増減が発生した場合等に、それらが前記電力設備の保有者に依存するものであるか電力系統の運用に協力するものであるのか切り分けることができないため、実際の前記需要調整の依頼の有無や依頼する調整量の大小に関わらず、前記電力設備の保有者に対して見做し量で貢献料を提供しており、前記依頼が課された電力設備の保有者は、利用時の不便（蓄電残量不足等）や装置的損失（電池劣化等）があった場合に、妥当な貢献料を得ることが保証されない。
本願は前記課題を解決するために、電力系統の系統運用サーバおよび前記電力系統に系統連系して電力消費または蓄電を行う単数または複数の電力設備と通信網を介して接続され、前記電力設備の電力の需給バランスを調整する電力設備制御システムにおいて、前記電力設備の以後の電力需要から電力の需要計画を作成し、前記需要計画に基づいて前記系統運用サーバの運用状況から前記電力設備に対して電力需要を調整するよう需要調整依頼の情報を送信し、前記需要調整依頼に基づいて前記電力設備内で行われた需要調整の観測情報である需要調整結果を受信し、前記需要調整結果から前記電力設備が前記需要調整を行うことにより得られた貢献度を求める。
電力系統運用に協力するために電力事業者の保有設備ではない電力設備を制御した際に、前記電力設備の保有者各々が実際の貢献相当のメリットを得ることが可能となる。
本発明を用いた電力設備制御システムの機能構成図の例である。 電力設備制御システムの外部連携の例である。 電力設備制御システムに係る通信手順の例である。 電力設備保有者に対する参加確認画面の一例である。 需要調整容量通知データテーブルの一例である。 需要計画量通知データテーブルの一例である。 需要調整依頼データテーブルの一例である。 電力消費の時間変化の一例である。 需要調整結果報告データテーブルの一例である。 電力設備保有者に対する貢献度確認画面の一例である。 本発明を用いた電力設備制御システムの機能構成図の例である。
以下、２つの実施例について図面を用いて説明する。
本実施例では、商用電力系統全体の周波数調整（Frequency Regulation）のために、電力事業者の保有設備ではない電力設備の需要調整を行う電力設備制御装置を説明する。図１は、本実施例の電力設備制御装置の機能構成図の例である。
電力設備制御システム０１０１は、通信網を介して、商用電力系統の系統運用サーバ０１０２、および、電力事業者の保有設備ではない複数の電力設備０１０３と接続している。前記電力設備制御装置は、前記系統運用サーバおよび電力設備と情報をやりとりしながら、電力設備の需要調整を実現している。
前記系統運用サーバは、商用電力系統全体の系統運用を統括している。前日段階での需要予測から発電機起動停止計画の作成、当日運用における起動発電機に対する経済的負荷配分（Economic Dispatching Control）などの機能を有している。また、当日運用における系統全体の周波数調整のための自動周波数制御（Automatic Frequency Control）の機能も保持しており、時々刻々発生する需給不平衡を解消する制御を実施している。本実施例では、前記周波数調整の制御対象として、従来からの制御対象である火力発電機に加えて、前記電力設備制御システムを用いる。
次に、前記電力設備の構成例を図２で説明する。前記電力設備制御システムとの通信手段を保有する電力設備０２０１は、電気自動車０２０２の充電機能を有している。充電プラグ０２０３および差し込み口０２０４を介して、商用電力系統０２０５から給電を受ける構成となっている。充電制御のために、開閉器０２０６および電力量計０２０７を具備しており、充電管理装置０２０８が充電実施量の監視および充電開始終了の制御を実施する機能を有している。前記充電管理装置は、通信網を介して、前記電力設備制御システムと連携している。
以降、図１に示した電力設備制御装置の機能構成図、および、図３に示すタイムチャート図を用いて、前記電力設備制御システムの動作を説明する。
まず、前日段階では、電力設備制御システム０３０１が、参加条件作成手段０１０４および参加条件送信手段０１０５を用いて、電力設備０３０２に対して参加条件０３０６を提示するプロトコルを送信する。図４は、この参加条件の提示について、Ｗｅｂを用いて実装した画面の一例である。参加確認画面０４０１のウィンドウには、時間帯０４０２毎に、電力設備制御システムからの依頼について電力設備が協力した場合に得られる報酬の提示料率０４０３が示されている。電力設備保有者０３０４は、時間帯毎の参加有無０４０４についてチェックボックス０４０５の操作による選択、また、参加容量０４０６についてテキストボックス０４０７もしくはトルグボタン０４０８の操作による数値入力を行うことが可能となっている。これら画面操作で入力された情報について、参加要求０３０７を提示するプロトコルが、電力設備０３０２から電力設備制御システム０３０１に対して送達される。前記参加要求０３０７を提示するプロトコルは、参加要求受信手段０１０６によって受信される。
次に、同じく前日段階の処理として、参加者集計手段０１０７によって、需要調整容量が集計される。図５は、集計結果が格納されるテーブル構成の一例である。テーブル０５０１には、時間帯０５０２毎に、提示料率０５０３に合わせて、全ての電力設備の参加容量を合算した値として需要調整容量０５０４が記録される。この情報は、需要調整容量送信手段０１０８によって、前記電力設備制御システムから前記系統運用サーバに対して、需要調整容量０３０８を連絡するプロトコルとして送達される。
当日断面においては、まず、任意のタイミングで、ＥＶの接続などの需要の状態変化を電力設備が認識する。電力設備保有者０３０４が充電管理装置０３０３にＥＶ接続０３０９させたことを充電管理装置０３０３が感知すると、充電管理装置０３０３は電力設備０３０２に対して車体情報０３１０を送達する。電力設備０３０２は、前記車体情報を用いて同ＥＶの充電に必要な電力需要量を算出した上で、これを電力設備制御システム０３０１に対して需要要求０３１１を示すプロトコルとして送達する。ＥＶの解列などの需要減少も同様に扱う。電力設備制御装置の需要要求受信手段０１０９は、この需要要求の内容を記録する。
次に当日における３分周期の繰り返し処理として、電力設備制御システムは、需要計画を作成する処理を行う。需要計画作成手段０１１０によって前記需要要求の結果を集計して、今後の３０分間の見通しとして需要計画を作成する。図６は需要計画を格納するテーブルの一例である。テーブル０６０１には、３分刻みで分解された将来の時間帯０６０２毎に、需要要求を集計した値として需要計画量が記録される。このように作成した需要計画について、需要計画送信手段０１１１は系統運用サーバに対して、需要計画０３１２を示すプロトコルとして送達する。
そして、この需要計画を受信した系統運用サーバは、電力設備制御システムに対して、同需要計画に対する需給調整を依頼する動作を行う。まず、電力設備制御システムの需要調整依頼受信手段０１１２は、電力系統サーバが発信する需要調整依頼０３１３を示すプロトコルを受信する。図７に、この伝文の一例を示す。通信伝文０７０１は、送達日時を示す送達日時タイムスタンプ０７０２、および、調整依頼が対象とする時間範囲を規定するための開始日時タイムスタンプ０７０３および終了日時タイムスタンプ０７０４を含んでいて、系統運用サーバにおいてユニークに採番される依頼識別子０７０５と共に、依頼調整量０７０６が伝達される。この依頼調整量は、電力系統運用サーバが保持する系統全体の周波数調整のための自動周波数制御に基づいて決定されるものである。従来、自動周波数制御は大型火力発電機などを対象に実施されるものであった。本実施例では、複数の電力設備を統括する電力設備制御システムに対して、自動周波数制御に相当する制御依頼を送達することを特徴としている。なお、前記依頼調整量は、正負両方の値を持つ。符号が正ならば需要の上積み依頼を、負ならば需要の削減依頼を意味する。
この需要調整依頼を受信した電力設備制御システムは、同需要調整依頼を複数の電力設備に対して配分して送達する。需要調整配分手段０１１３によって、電力設備制御システム全体に対して送達された需要調整の依頼を、利用可能な個別の電力設備に調整量を配分する。この配分作業については、単純な乱数処理でも可能であるし、また、過去参加実績が少ないところを優先的に選択して蓄電池の偏った劣化が生じないようにすることが可能である。配分された調整量は、需要調整依頼送信手段０１１４によって、電力設備制御システムから個別の電力設備に対して需要調整依頼０３１４を示すプロトコルとして送達される。伝文形式は、図７で示した需要調整依頼０３１３を示すプロトコルと同様の構成となる。
電力設備は、電力設備制御システムから需要調整依頼０３１４を示すプロトコルを受信した後、自身が統括する充電管理装置に対して充電制御を実施する。需要調整依頼の正負符号および量に合わせて、必要分の充電開始指令もしくは充電停止指令０３１５を実行する。
ここで、電力設備内部の制御量の配分方法は、電力設備の保有者の考え方に依存して行われるものである。電力設備制御システムとしては、電力設備内部の配分方針については関与することはない。ただし、最終的な需要実績を把握するために、電力設備制御システムは、電力設備内で実施された需要調整について観測情報を収集する。
以降、事後の断面における需要実績把握手順を説明する。まず、各充電管理装置から、充電結果０３１６を示すプロトコルとして、実際に充電に使用した電力量について観測情報が伝送される。電力設備は、全ての充電管理装置の情報を集計して、需要調整結果を算出する。図８を用いて、需要調整の前後について、ある一つの電力設備における電力消費の時間変化を示す。横軸は時間０８０１を示しており、２：３０前後の大よそ３０分程度の時間帯を表している。縦軸は需要量０８０２を示しており、３分間平均の消費電力を意味している。図中、点線状の需要量変化曲線０８０３は需要計画の内容を示しており、実線状の需要量変化曲線０８０４は需要実績の内容を示している。同図のように、計画段階の電力消費に対して実績の電力消費が上回る面積０８０６と、その逆に計画段階の電力消費に対して実績の電力消費が下回る面積０８０５が得られる。例えば、２：２７から２：３０の時間帯では、計画に対して実績が下回っている。これら面積が、電力設備制御システムからの需要調整依頼に対応して、実際に需要調整された結果を意味するものとなる。
図９は、需要調整結果を格納するデータテーブルの例である。データテーブル０９０１には、３分単位に分解された時間帯０９０２毎に、需要計画量０９０３および需要実績量０９０４、また、その差分である調整結果０９０５を格納している。調整依頼方向０９０６は、需要調整依頼における依頼調整量０７０６の正負符号に相当する。調整結果０９０５と調整依頼方向０９０６が同一の符号の場合、電力設備は需要調整依頼に対して貢献したことを意味する。例えば、２：２７から２：３０の時間帯では、−２ｋＷ分の貢献を３分間継続したことを意味する。
このようなデータによる構成は、今後のシステム処理において、重要な役割を果たしており、このような図９のデータテーブルの内容は、需要調整結果０３１７を示すプロトコルを用いて伝送される。電力設備制御システムは、需要調整結果受信手段０１１５によって、この需要調整結果を把握する。
実施例１の最後の説明として、需要調整結果に基づいて、各電力設備に対する貢献度を定量化する手順を説明する。貢献度算出手段０１１６によって、電力設備毎に貢献度を定量化し、電力設備の保有者に対して提供できる情報を集計する。図１０は、電力設備の保有者に提供するＷｅｂ画面の一例である。貢献度確認画面１００１のウィンドウには、３０分単位の時間帯１００２毎に、参加条件として提示済みの提示料率１００３、および、実施量１００４と貢献料１００５が示される。ここで、前記実施量は、３分毎の需給調整結果［ｋＷ］を電力量［ｋＷｈ］に換算した上で、調整結果０９０５と調整依頼方向０９０６が同一の符号の場合は正の値として、そうでない場合は負の値として、３０分の時間幅で合算した値である。また、前記貢献度は、実施量に提示料率を乗算して求める値である。一日の貢献料の合計１００６の金額は、その一日の間で電力系統運用に協力するために電力設備の需要調整を実施したことに対して、電力設備保有者が得られる対価に相当する。
以上のような電力設備制御システムを構築することによって、電力設備の保有者は、自身の電力設備に実施された需要調整量に応じた貢献度を定量的に把握することが可能になる。
電力設備の保有者は、電力設備制御システムの外部の手続きとして、前記貢献度に相当する金銭価値を得る作業が行われる。前記貢献度算出手段０１１６の内部には、前記貢献度に相当する情報が格納されている。上述した通信設備とは別の手段によって、前記貢献度に相当する情報を外部の金融機関に定期的に送信することにより、同金融機関から金銭的価値の支払いを受ける。金銭的な価値は、エコポイントなどの代替概念でも良い。また、電力設備制御システムが金融機関とオンライン連係する通信設備を有しない場合には、月に一度など定期間隔の手作業によって電力設備制御システムから前記貢献度相当の情報を読み取る業務を実施して、別途金融機関に清算を依頼することも可能である。
このように、電力設備制御システムが、電力系統全体のための需給制御を実施した上で、その貢献度合いを把握および記録することに依って、電力設備保有者は、利用時の不便（例えば蓄電残量不足）や装置的損失（例えば電池劣化)に対して、正当な金銭的な価値を得ることが可能になる。このような電力制御システムの構築により、電力系統運用のために電力設備を制御することに対して、電力設備保有者の理解および協力を広く得ることが可能となる。
なお、この実施例では、Ｗｅｂ画面により通信回線上で貢献度を確認する例を示したが、この貢献度確認作業は紙面によるやり取りで行っても良い。
本実施例では、実施例１のように電力設備制御システムから電力設備に参加条件を提示する形態ではなく、電力設備制御システムから系統運用サーバに参加条件を提示する形態の例について説明する。図１１は、実施例２における電力設備制御システム１１０１の機能構成図の例である。図１の電力設備制御システム０１０１のうち、既に説明した図１と同一の機能を有する部分については説明を省略する。
設備稼働状況受信手段１１０２は、複数の電力設備について電力消費状況および需要調整可能な量および調整に係る費用を把握する。電力設備がＥＶ充電管理装置ならば、ＥＶの車体情報を認識して、同様に電力消費状況および需要調整可能な量を把握する。
参加条件作成手段１１０３では、系統運用サーバに対して需要調整活動に参加する条件提示するデータを作成する。設備稼働状況受信手段１１０２の結果に基づいて、図５と同様なデータテーブルに、３０分時間帯毎に前記調整可能な量、および、調整に係る費用に所定利益を加算した値を参加条件として集計する。
参加条件および需要調整容量送信手段１１０４では、参加条件作成手段１１０３で算出した調整可能量および参加条件を、系統運用サーバに対して送達する。
系統運用サーバでは、１つもしくは複数の電力設備制御システムから、参加条件および需要調整容量の提示を受けている。よって、系統全体の周波数調整のための自動周波数制御が必要な際には、当該時間帯で利用可能な電力設備制御システムのうち、参加条件が最も低いものを順次選択していく。ここで選択された電力設備制御システムに対しては、図１と同様に、需要調整依頼が送達される。
実施例２では、実施例１のように電力設備制御システムにおいて参加者募集する手順は不要となり、構成は簡単化される。一方で、系統運用サーバにおいては、複数の電力設備制御システムが提示する条件を取捨選択する処理が必要となる。
いずれにしても、実施例２でも実施例１と同様に、電力設備の保有者は、自身の電力設備に実施された調整量に応じた貢献料を得ることが可能になる。電力系統運用のために電力設備を制御する仕掛けに対して、電力設備保有者の理解および協力を広く得ることが可能となる。
０１０１ 電力設備制御システム
０１０２ 商用電力系統の系統運用サーバ
０１０３，０２０１，０３０２ 電力設備
０１０４，１１０３ 参加条件作成手段
０１０５ 参加条件送信手段
０１０６ 参加要求受信手段
０１０７ 参加者集計手段
０１０８，１１０４ 需要調整容量送信手段
０１０９ 需要要求受信手段
０１１０ 需要計画作成手段
０１１１ 需要計画送信手段
０１１２ 需要調整依頼受信手段
０１１３ 需要調整配分手段
０１１４ 需要調整依頼送信手段
０１１５ 需要調整結果受信手段
０１１６ 貢献度算出手段
０２０２ 電気自動車
０２０３ 充電プラグ
０２０４ 充電プラグ差し込み口
０２０５ 商用電力系統
０２０６ 開閉器
０２０７ 電力量計
０２０８，０３０３ 充電管理装置
０３０１，１１０１ 電力設備制御システム
０３０４ 電力設備保有者
０３０５ 系統運用サーバ
０３０６ 参加条件
０３０７ 参加要求
０３０８，０５０４ 需要調整容量
０３０９ ＥＶ接続
０３１０ 車体情報
０３１１ 需要要求
０３１２ 需要計画
０３１３，０３１４ 需要調整依頼
０３１５ 充電停止指令
０３１６ 充電結果
０３１７ 需要調整結果
０３１８ インセンティブ通知
０３１９ インセンティブ配分
０４０１ 参加確認画面
０４０２，０５０２，０６０２，０９０２，１００２ 時間帯
０４０３，０５０３，１００３ 提示料率
０４０４ 参加有無
０４０５ チェックボックス
０４０６ 参加容量
０４０７ テキストボックス
０４０８ トルグボタン
０４０９ 確認ボタン
０５０１，０６０１ テーブル
０６０３，０９０３ 需要計画量
０７０１ 通信伝文
０７０２ 送達日時タイムスタンプ
０７０３ 開始日時タイムスタンプ
０７０４ 終了日時タイムスタンプ
０７０５ 依頼識別子
０７０６ 依頼調整量
０８０１ 時間
０８０２ 需要量
０８０３，０８０４ 需要量変化曲線
０８０５ 計画段階の電力消費に対して実績の電力消費が下回る面積
０８０６ 計画段階の電力消費に対して実績の電力消費が上回る面積
０９０１ データテーブル
０９０４ 需要実績量
０９０５ 調整結果
０９０６ 調整依頼方向
１００１ 貢献度確認画面
１００４ 実施量
１００５ 貢献料
１００６ 貢献料の合計
１１０２ 設備稼働状況受信手段

Claims (9)

  1. 電力系統の系統運用サーバおよび前記電力系統に系統連系して電力消費または蓄電を行う単数または複数の電力設備と通信網を介して接続され、前記電力設備の電力の需給バランスを調整する電力設備制御システムにおいて、
    前記電力設備の以後の電力の需要計画を作成し、前記需要計画に基づいて前記系統運用サーバから受信した前記電力設備に対する需要調整依頼に係る情報を前記電力設備に送信し、前記需要調整依頼に基づいて前記電力設備内で行われた需要調整の観測情報である需要調整結果を受信し、前記需要調整結果から前記電力設備が前記需要調整を行うことにより得られた貢献度を求めることを特徴とする電力設備制御システム。
  2. 請求項１において、前記電力設備に前記貢献度を送信することを特徴とする電力設備制御システム。
  3. 請求項１または２において、前記電力設備に前記需要調整依頼を受けるための条件を示す参加条件を送信することを特徴とする電力設備制御システム。
  4. 請求項３において、前記参加条件は、所定の時間帯ごとの、前記需要調整依頼に係る電力の需要調整に参加したことにより得られる報酬の算定に用いられる提示料率と、前記需要調整の参加有無の確認と、前記電力設備の電力需要量を示す参加容量と、を含むことを特徴とする電力設備制御システム。
  5. 請求項１または２において、前記電力設備から送信される前記電力設備の稼働状況を示す稼働情報を受信し、前記稼働情報に基づいて、前記需要調整依頼を受けるための条件を示す参加条件を作成することを特徴とする電力設備制御システム。
  6. 請求項１乃至５において、複数の前記電力設備の電力需要の要求量を示す需要要求を集計し、前記需要要求の集計を所定の時間帯ごとに分割して、前記需要計画を作成することを特徴とする電力設備制御システム。
  7. 請求項１乃至６において、前記系統運用サーバが発信する前記需要調整依頼を受信し、前記需要調整依頼に係る電力需要の依頼調整量を複数の前記電力設備に配分し、前記配分された依頼調整量に係る需要調整依頼を複数の前記電力設備に送信することを特徴とする電力設備制御システム。
  8. 請求項１乃至７において、前記需要調整依頼に係る電力需要の依頼調整量は、前記系統運用サーバが保持する電力系統の周波数調整に基づいて決定されることを特徴とする電力設備制御システム。
  9. 請求項７において、前記依頼調整量の配分は、複数の電力設備に対して優先度を付けて選択またはランダムに選択する処理に基づいて決定することを特徴とする電力設備制御システム。
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