JP2013021754A - 再生可能エネルギー発電システムを利用したデマンド監視制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生可能エネルギーにより発電された電気全量を電力事業者に単に売電するだけでなく，必要な時に発電された電気を負荷設備側で利用して負荷設備のデマンド値を目標デマンド値以下に抑えることにより，年間の電気料金を抑える装置の提供。
【解決手段】再生可能エネルギー発電システムにより発電された電気を，再生可能エネルギー発電システムにより発電された電気の利用対象である負荷設備における利用と電力事業者への売電とに切替えることにより，前記負荷設備におけるデマンド値を目標デマンド値以下にすることを目的とするシステム監視制御装置。
【選択図】図３

Description

本発明は，再生可能エネルギー発電システムを利用したシステム監視制御装置に関する。より詳しくは，電力使用者の使用電力量をモニタリングしつつ，太陽光等の再生可能エネルギーにより発電された電気について，電力使用者側での使用と電力事業者への売電を切り替えることにより，電力使用者の最大電力量（デマンド値）を一定値以下に抑えるための装置に関する。

電力使用契約において，デマンド契約がなされるのが一般的である。このデマンド契約では，デマンド時限における電力使用量に応じて段階的に単位電力あたりの料金が設定されており，デマンド時限における電力使用量が大きくなればなるほど，単位電力量当たりの料金が高額となる契約となっている。そのため，最大電力量を抑えることにより単位電力量あたりの電気料金を低くできることから，デマンド値を抑える又は監視するための種々の技術が開示されている（特許文献１，特許文献２，特許文献３）。

一方，再生可能エネルギーとは，自然現象を利用して取り出すことができ，一度利用しても再生可能な，枯渇することのないエネルギーをいう。代表的な再生可能エネルギーとしては，太陽光や風力，地熱などが挙げられる。この再生可能エネルギーは，日本において十分に活用されているとは言い難いのが現状である。例えば，電気では，水力発電を除けば，再生可能エネルギーによる発電は１％ほどに過ぎず，よりいっそうの再生可能エネルギーの利用が求められている。

再生可能エネルギーとして最も利用が進んでいるものの一つが太陽光であり，この太陽光を利用した太陽光発電システムが各家庭レベルで普及している。太陽光発電システムとは，太陽光発電装置により発電された直流電力をインバーター回路等によって商用電力と同様の交流電力に変換し，商用電力系統と連系（接続）して，家電製品等を備える負荷設備に給電するシステムをいう。太陽光発電システムでは，現在，負荷設備で消費した残りの余剰分電力の買取制度（以下，「余剰買取制度」）が設けられ，太陽光発電システムの普及が促されているが，再生可能エネルギーのさらなる利用拡大を趣旨として，「電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関する特別措置法案」が閣議決定された。この法案では，現在の余剰買取制度が変更され，太陽光発電システムで発電された電気の全量が管轄電力事業者により買い取られる制度（以下，「全量買取制度」）が発足する予定である。

特開２００９−２４００４９ 特開２００９−２４００５０ 特開２０１０−２３７１１９

この全量買取制度において，再生可能エネルギーにより発電された電気の買取価格は，使用する電気よりも，単位量あたり高額となることが予定されている。そのため，今までの余剰買い取り制度と比較して，より大きな金銭的メリットが存在する。すなわち，単に，発電された電気全量を管轄電気事業者に買い取らせたとしても十分なメリットが存在する。

しかしながら発明者らは，再生可能エネルギーにより発電された電気をより活用する方法を着想した。すなわち，再生可能エネルギーにより発電された電気全量を電力事業者に単に売電するだけでなく，必要な時には発電された電気を負荷設備側で利用して負荷設備のデマンド値を目標デマンド値以下に抑えることにより，年間の電気料金を抑える方法である。発明者らは，鋭意研究の結果，この方法を具現化するためのシステム監視制御装置を発明した。すなわち，本発明にかかる装置は以下の構成からなる。

本発明における第一の構成は，再生可能エネルギー発電システムにより発電された電気を，再生可能エネルギー発電システムにより発電された電気の利用対象である負荷設備における利用と電力事業者への売電とに切替えることにより，前記負荷設備におけるデマンド値を目標デマンド値以下にすることを目的とするシステム監視制御装置であって，前記システム監視制御装置が少なくとも，前記再生可能エネルギー発電システムから発信された発電情報を受信する再生可能エネルギー発電システム情報受信部と，電力潮流切替器からの電力潮流切替情報を受信するための電力潮流切替器情報受信部と，前記負荷設備の電力使用状況を記録する電力メーターからの負荷設備電力使用情報を受信するための電力メーター情報受信部と，前記負荷設備電力使用情報を用いて前記負荷設備における所定のデマンド時限における予測デマンド値を経時的に演算する予測デマンド値演算部と，前記予測デマンドと前記負荷設備における目標デマンド値の大小を比較判定するデマンドピーク判定部と，前記デマンドピーク判定結果により前記電力潮流切替器に電力事業者への売電ないし負荷設備利用のいずれかの制御情報を送信するための制御情報送信部とを備えることを特徴とするシステム監視制御装置である。

本発明における第二の構成は，前記予測デマンド値演算部がさらに，デマンド時限より短い所定の単位時間当たりのデマンド値を経時的に算出する第一デマンド算出部と，演算時点を含むデマンド時限の開始時刻から演算時点までの第一デマンド値を合計することにより演算時点での累積デマンド値を算出する第二デマンド算出部と，演算時点から比較的近時の前記第一デマンド値を用いて消費電力変化量を算出するとともに演算時点からデマンド時限終了時までのデマンド値を算出し前記第二デマンド値と合計することにより予測デマンド値を算出する予測デマンド算出部からなることを特徴とする請求項１に記載のシステム監視制御装置である。

本発明により再生可能エネルギーをより活用する方法が提供された。すなわち，本発明にかかるシステム監視制御装置により，再生可能エネルギーにより発電された電気全量を電力事業者に単に売電するだけでなく，必要な時に発電された電気を負荷設備側で利用して負荷設備のデマンド値を目標デマンド値以下に抑えることにより，年間の電気料金を抑えることが期待できる。

本発明にかかるシステム監視制御装置を用いたシステム構成例 本発明にかかるシステム監視制御装置の例 本発明にかかるシステム監視制御装置の行う監視制御フローの例 予測デマンド演算処理の例

ここでは，本発明にかかるシステム監視制御装置について，図面を例にとり，詳細に説明を行うが，当然のことながら，本発明の内容は，下記に限定されるものではない。

本発明にかかるシステム監視制御装置を用いたシステム構成例を図１に示す。このシステム構成例では，再生可能エネルギー発電システムとして太陽光発電システムを用いて構成されている。このシステム構成例は，監視制御部１，太陽光発電システム２，負荷設備３，電力事業者施設設備４，統合管理部５から構成され，監視制御部１により，各構成の情報を取得し，適時，潮流切替制御情報を，電力事業者施設設備４に送信する。これにより，太陽光発電システム２により発電された電気を，負荷設備３での利用（以下，「非売電制御」）ないし電力事業者への売電（以下，「売電制御」）へと切り替えることが可能となる。また，監視制御部１で収集・演算等された情報は，ネットワークを介して統合管理部５に，適時，送信される。基本的には，監視制御部１，太陽光発電システム２，負荷設備３，電力事業者施設設備４，これら４つの構成（以下，「監視制御単位」）については，例えば，各建屋ごとに設置され，比較的近接しているが，統合管理部５については遠隔地にあっても問題はなく，かつ，複数の監視制御単位を同時に管理することが可能である。

監視制御部１は，電力潮流切替器１１およびシステム監視制御装置１２から構成される。これらは別々の機器として構成してもよいし，合わせて一体の機器として構成してもよい。

システム監視制御装置１２は，各機器から情報を取得し，所定のデマンド時限における予測デマンド値の演算と，予測デマンド値と目標デマンド値との大小比較（判定処理）を，経時的に行う役割を有する。加えて，この判定処理の結果に応じて，電力潮流の切替制御情報を電力潮流機器１１に送信することを主たる役割とする。

システム監視制御装置１２について，図２を用いてさらに説明を行う。図２は，システム監視制御装置１２の構成例である。
電力潮流切替情報受信部１２２では，電力潮流切替器１１からの電力潮流切替情報などを受信する。太陽光発電システム情報受信部１２３では，太陽光発電システムから送信される発電量などの情報を受信する。電力メーター情報受信部１２４では，電力事業者等により設置されている電力メーターから負荷設備３での電力使用に関する情報を受信する。
予測デマンド値演算部１２５は，上記受信部から得られた種々の情報と外部記録部１３により予め登録されているデフォルト情報，例えば，負荷設備の目標デマンド値やＣＴ比，ＶＴ比などの情報を用いて，各デマンド時限での予測デマンド値を経時的に演算する。
デマンドピーク判定部１２６は，後述するデマンドピーク判定やデマンドピーク解除判定を行う。すなわち，演算された予測デマンド値と目標デマンド値の大小の比較・判定を行う。
制御情報送信部１２７は，上記比較・判定結果に応じて，売電・非売電制御情報を電力潮流切替器１１に送信する。

続いて，電力潮流切替器１１は，受電設備４２から，電力潮流情報（売電または非売電制御情報）を受信し，その電力潮流情報をシステム監視制御装置１２に送信する。加えて，システム監視制御装置１２からの，電力潮流切替制御情報を受信し，受電設備４２に電力潮流情報の切り替え指示を行うことを主たる役割とする。
外部記録部１３は，種々のデータを記録・保存し，システム監視制御装置１２との間でデータの入出力を行う役割を果たす。記録される情報としては，特に限定されることはなく，例えば，太陽光発電システムに関する情報（太陽光モジュールの数等）や後述する負荷設備３での目標デマンド値，ＣＴ比やＶＴ比，パルスレートなどが挙げられる。また，システム監視制御装置１２により取得された種々の情報や演算された第一デマンド値や予測デマンド値などについても経時的に記録されていく。

次に，本発明にかかるシステム監視制御装置のシステムフローを，図３を用いて説明する。

システム監視制御がスタートすると（Ｓ１２１），電力潮流切替器情報受信処理が開始される。すなわち，電力潮流切替器１１から電力潮流切替器情報が送信され，システム監視制御装置１２により受信される（Ｓ１２２）。この電力潮流切替器情報として，電力潮流切替器１１が受電設備４２より受電した電力潮流情報，すなわち電力事業者への売電の流れとなっているか（売電制御），負荷設備３での利用となっているか（非売電制御）の情報が必須の情報となる。その他，種々の情報，例えば，電力潮流切替器１１が正常に作動しているかどうかの情報などについてもシステム制御監視装置１２に送信することができ，この場合，電力潮流切替器１１が正常に作動していないと判断されると，エラー情報がシステム監視制御装置１２から統合管理部５に送信される（不図示）。

次に，太陽光発電システム情報が，太陽光発電システム２のパワーコンディショナー２３から送信され，システム監視制御装置１２により受信される（Ｓ１２３）。この太陽光発電システム情報としては，主として，太陽光発電システム２により発電された単位時間当たりの電気量になるが，その他，気温や日射量等の付随的な情報についても受信することができる。また，電力潮流切替器１１と同様，システムの作動情報等についても受信処理することができる。

さらに，電力メーター情報が，電力メーター４１から送信され，システム監視制御装置１２により受信される（Ｓ１２４）。この時の受信情報としては，電力メーターが有する負荷設備３の消費電力に関する情報が必須の受信情報であり，例えば，デマンドパルス（Pulse/h）情報などが挙げられる。この場合，デマンドパルス情報が正常に受信できない場合などは，エラー情報がシステム監視制御装置１２から統合管理部５に送信される（不図示）。

システム監視制御装置１２は，これら一連の処理により取得された種々の情報および外部記録部１３に記録されている登録情報を用いて，予測デマンド値演算処理を開始する（Ｓ１２５）。予測デマンド値とは，予測デマンド値演算時点での時刻が含まれるデマンド時限における推定デマンド値であって，種々の情報から妥当性をもって算出される値として定義される。予測デマンド値を算出するにあたっては，機器の構成や取得できるデータ情報等により計算式が変わってくることから，種々の計算方法を用いることができる。

この予測デマンド演算処理について，図４に例を挙げて説明する。
図４は，予測デマンド演算処理が，第一デマンド値算出処理（Ｓ１２５１），第二デマンド値算出処理（Ｓ１２５２），予測デマンド値算出処理（Ｓ１２５３）の３つのステップにより算出される例である。

第一デマンド値算出処理（Ｓ１２５１）では，デマンド時限３０分よりも十分に短いある単位時間のデマンド値について，経時的に算出していく。算出された第一デマンド値は，逐次，外部記録部１３に記録され，適時，演算処理のためシステム監視制御装置１２により読み取りが行われる。
以下，単位時間を１分として例を挙げると，各時間分ごと（例えば，１２時０１分，１２時０２分，１２時０３分・・・）に１分デマンド値が算出され，逐次，外部記録部１３に保存されていく。この１分デマンド値は，機器の構成や受信されるデータの種類等により適宜適切な計算式を選択して計算することができるが，例えば，図１のシステム構成例の場合，電力メーター４１からのデマンドパルス情報（Pulse/h），外部記録部１３に保存されているＣＴ比やＶＴ比，パルスレート（Pulse/kWh）を用いて，下記式１により，算出される。
（式１）
第一デマンド値（１分デマンド値，kW）＝（毎分０から６０秒までのデマンドパルス合計積算値）×単位補正値×（（ＣＴ比×ＶＴ比）／パルスレート）
（単位補正値は，時間単位を補正するための値。上記の場合，６０）

続く第二デマンド値算出処理（Ｓ１２５２）では，演算が行われている時刻を含むデマンド時限内の，デマンド時限開始時刻から演算時点の時刻までのデマンド値を算出する（例えば，デマンド時限が１２時０１分から１２時３０分で演算時点の時刻が１２時１５分の場合，１２時０１分から１２時１５分までのデマンド値の合計値）。この第二デマンド値についても，機器の構成や受信されるデータの種類等により適宜適切な計算式を選択して計算することができるが，例えば，図１のシステム構成例の場合，下記式２により，算出される。
（式２）
第二デマンド値（kW）＝（デマンド時限内におけるデマンド開始時間から演算時点までの第一デマンド値の累積値）÷（演算時点までの累積経過時間）

さらに，予測デマンド値算出処理（Ｓ１２５３）についても，機器の構成や受信されるデータの種類等により適宜適切な計算式を選択して計算することができるが，例えば，図１のシステム構成例の場合，２つのステップで算出される。
まずはじめに，消費電力値の変化の傾向を，下記式３のとおり，演算時点の時刻からＮ分までの経時的に算出された第一デマンド値を積算しＮで割ることにより消費電力変化量（kW/min）を算出し，消費電力変化の傾向として算出する。
（式３）
消費電力変化量＝∫（演算時点からｔ分前の時刻の第一デマンド値）ｄｔ／Ｎ（ｔは，１からＮ）
なお，Ｎについては，適宜設定できる値であるが，演算時点の時刻の比較的近時の時間として設定される。すなわちＮは，演算時点の消費電力変化量を妥当に計算できる範囲で選択するものであり，Ｎを遡りすぎると演算時点での消費電力変化量を反映しなくなるために好ましくない。そのため，Ｎは，好ましくは１から１０分までの値を選択することができる。

算出された消費電力変化量を基に，演算時刻時点での消費電力量（予測デマンド値）を下記式４により算出する。なお，デマンド時限残時間は，演算時点での時刻を含む現在デマンド時限について，（現在デマンド時限の終了時刻―演算時点での時刻）として定義される。
（式４）
予測デマンド値（kW）＝第二デマンド値＋（消費電力変化量×デマンド時限残時間）

これら一連の予測デマンド値演算処理が終了した後，デマンドピーク判定処理（Ｓ１２６）がなされる。これにより，演算された予測デマンド値と，負荷設備３の目標デマンド値の大小を比較する。ここで目標デマンド値とは，負荷設備３でそれ以下に達成すべきデマンド値をいい，適宜設定することができるものである。例えば，負荷設備３でのデマンド契約の値を目標デマンド値として設定してもよいし，安全係数をとってデマンド契約の値の９５％の値を目標デマンド値として設定することもできる。

目標デマンド値が，予測デマンド値以下となる場合，デマンドピーク検出と判定される。すなわち，負荷設備３で電力事業者から供給された電力が目標デマンド値を越える可能性が高いことを意味する。このデマンドピーク検出により，システム監視制御装置１２から電力潮流切替器１１に，非売電制御情報が送信される（Ｓ１２７）。これにより，電力潮流切替器１１が，受電設備４２に電力潮流切替情報を送信し，太陽光発電システム２により発電された電気が電力メーター４１側から，負荷設備３側に流れ利用されることとなる。これにより，太陽光発電システム２により発電された電気が優先的に利用され，電力事業者から供給される電気使用量を抑えることができる。
目標デマンド値が，予測デマンド値を越える場合，デマンドピーク不検出と判定される。すなわち，負荷設備３で電力事業者から供給された電力が目標デマンド値を越える可能性が低いことを意味する。このデマンドピーク不検出により，システム監視制御装置１２から電力潮流切替器１１に，売電制御情報が送信される（Ｓ１２８）
これにより，電力潮流切替器１１が，受電設備４２に電力潮流切替情報を送信し，太陽光発電システム２により発電された電気が負荷設備３側から，電力メーター４１側に流れ，売電されることになる。

なお，これらの非売電制御情報送信処理（Ｓ１２７），売電制御情報送信処理（Ｓ１２８）について，受電設備４２が既に送信指示する制御状態となっている場合，これらの処理はスキップされる。例えば，電力潮流切替器情報受信処理Ｓ１２２で電力潮流切替器１１から送信された電力潮流切替情報により，受電設備４２が売電側となっている電力潮流切替情報をシステム監視制御装置１２が受信しているときにデマンドピーク不検出となった場合，システム監視制御装置１２が売電制御情報を電力潮流切替器１１に送信する処理（Ｓ１２８）がスキップされる。

これら非売電制御情報送信処理（Ｓ１２７），売電制御情報送信処理（Ｓ１２８）が終了したら，システム監視制御装置１２に収集・演算された一連の情報が監視制御情報として，システム監視制御装置１２から統合管理部５に送信される。これにより，システム監視制御装置１２が関連する一連のシステムについて，各装置・機器の作動情報，太陽光発電システム２の発電情報や気温情報・日射情報，売電・非売電制御情報等の種々の情報を，統合管理部５で取得することが可能となり，遠隔地からの管理が可能となる。

監視制御情報送信処理が終了すると，電力潮流器売電判定処理が行われる（Ｓ１３０）。すなわち，電力潮流切替器１１からの電力潮流切替情報や最新の制御情報送信処理により，受電設備４２が売電状態又は非売電状態になっているかを判定する処理である。
受電設備４２が売電状態となっている場合は，そのままシステム監視制御終了処理（Ｓ１３３）が行われるが，基本的には，システム監視制御は継続されるため，一連の処理が繰り返されることとなる。
受電設備４２が非売電状態となっている場合は，デマンドピーク解除判定が行われる（Ｓ１３１）。すなわち，デマンドピーク解除判定時での予測デマンド値と目標デマンド値の大小を比較する判定処理である。デマンドピークが解除（デマンドピーク不検出）の場合，システム監視制御装置１２から電力潮流切替器１１に売電制御情報が送信され（Ｓ１３２），システム監視制御終了処理（Ｓ１３３）が行われる。デマンドピークが解除されていない（デマンドピーク検出）の場合，太陽光発電システム情報受信処理（Ｓ１２３）に戻ることとなる。

本発明にかかるシステム監視制御装置１２について，基本的には，継続的に監視制御することが好ましいが，予測デマンド値が目標デマンド値を越える可能性が極めて低い場合（夜間や冬の時期など）は，システム監視制御装置１２の監視制御を終了してもよい（Ｓ１３４）。

以上，本発明にかかるシステム監視制御装置１２について説明してきた。上記例では太陽光発電システムを例として用いたが，本発明にかかるシステム監視制御装置１２は，売電買取対象である再生可能エネルギーシステム一般に適用することができる。
本装置により，負荷設備における使用電力の記録と経時的な予測デマンド値の演算・判定を行うことにより，再生可能エネルギーにより発電された電気全量を電力事業者に単に売電するだけでなく，必要な時に発電された電気を負荷設備側で利用して負荷設備のデマンド値を目標デマンド値以下に抑えることが可能となった。これにより，年間の電気料金を抑えることが期待できる。

１・・・監視制御部
１１・・・電力潮流切替器
１２・・・システム監視制御装置
１２２・・・電力潮流切替情報受信部
１２３・・・太陽光発電システム情報受信部
１２４・・・電力メーター情報受信部
１２５・・・予測デマンド値演算部
１２６・・・デマンドピーク判定部
１２７・・・制御情報送信部
１３・・・外部記録部

２・・・太陽光発電システム

３・・・負荷設備

４・・・電力事業者施設設備

５・・・統合管理部
５１・・・管理サーバー
５２・・・管理表示装置

Claims (2)

1. 再生可能エネルギー発電システムにより発電された電気を，再生可能エネルギー発電システムにより発電された電気の利用対象である負荷設備における利用と電力事業者への売電とに切替えることにより，前記負荷設備におけるデマンド値を目標デマンド値以下にすることを目的とするシステム監視制御装置であって，
   前記システム監視制御装置が少なくとも，
   前記再生可能エネルギー発電システムから発信された発電情報を受信する再生可能エネルギー発電システム情報受信部と，
   電力潮流切替器からの電力潮流切替情報を受信するための電力潮流切替器情報受信部と，
   前記負荷設備の電力使用状況を記録する電力メーターからの負荷設備電力使用情報を受信するための電力メーター情報受信部と，
   前記負荷設備電力使用情報を用いて前記負荷設備における所定のデマンド時限における予測デマンド値を経時的に演算する予測デマンド値演算部と，
   前記予測デマンドと前記負荷設備における目標デマンド値の大小を比較判定するデマンドピーク判定部と，
   前記デマンドピーク判定結果により前記電力潮流切替器に電力事業者への売電ないし負荷設備利用のいずれかの制御情報を送信するための制御情報送信部，
   とを備えることを特徴とするシステム監視制御装置。
   
2. 前記予測デマンド値演算部がさらに，
   デマンド時限より短い所定の単位時間当たりのデマンド値を経時的に算出する第一デマンド算出部と，
   演算時点を含むデマンド時限の開始時刻から演算時点までの第一デマンド値を合計することにより演算時点での累積デマンド値を算出する第二デマンド算出部と，
   演算時点から比較的近時の前記第一デマンド値を用いて消費電力変化量を算出するとともに演算時点からデマンド時限終了時までのデマンド値を算出し前記第二デマンド値と合計することにより予測デマンド値を算出する予測デマンド算出部，
   からなることを特徴とする請求項１に記載のシステム監視制御装置。