JP2016213919A - Power management system and power management method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力管理システム及び電力管理方法に関する。 The present invention relates to a power management system and a power management method.
東日本大震災以来、電力需要が伸びる夏期及び冬期の電力逼迫により、需要家側では積極的なピーク電力の削減がより求められている。また、分散型電源に対する固定買取制度の開始や環境負荷低減の観点から太陽光発電の導入機運が高まっている。このような背景から、電力ピークが発生する時間帯に太陽光発電を用いてピーク電力を削減することが期待されている。しかしながら、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギーにより発電する電源(以下、「自然エネルギー電源」という。)は、天候次第で大きく出力が変動する。このため、建物において電力ピークが発生している時間帯において、自然エネルギーを得ることができない場合、発電できずピークカットできない場合がある。また、自然エネルギー電源が電力系統に大量に導入されると、負荷周波数制御(LFC:Load Frequency Control)の周波数帯域の調整不足により、電力系統の電力品質に影響を及ぼすことが懸念されている。 Since the Great East Japan Earthquake, due to the tight electric power demand in the summer and winter, when the demand for electric power is increasing, the customers are increasingly required to actively reduce peak power. In addition, the introduction of solar power generation is increasing from the perspective of starting a fixed purchase system for distributed power sources and reducing environmental impact. From such a background, it is expected to reduce the peak power by using solar power generation in the time zone when the power peak occurs. However, the output of power generated by natural energy such as solar power generation and wind power generation (hereinafter referred to as “natural energy power supply”) varies greatly depending on the weather. For this reason, when natural energy cannot be obtained in a time zone in which a power peak occurs in a building, power generation may not be possible and peak cutting may not be possible. Moreover, when natural energy power supplies are introduced into a power system in large quantities, there is a concern that power quality of the power system may be affected due to insufficient adjustment of the frequency band of load frequency control (LFC).
上記問題の対策として、建物内に設置された蓄電池を用いてマイクログリッドを構築し、負荷周波数制御の周波数帯域を含む比較的長周期の負荷変動に対して蓄電池の出力を追従させる負荷変動補償制御を行うことが提案されている(特許文献1)。負荷変動補償制御により、負荷電力と自然エネルギー電源の発電電力との需給バランスが崩れた場合に、蓄電池から充放電されるため、電力会社からの買電電力を抑制すると同時に自然エネルギーの発電電力の変動における電力系統への影響を緩和することができる。上記負荷変動補償制御は、以下に列挙する2つの特徴を備え、昨今のエネルギー供給問題の対策技術として有効である。
・負荷電力の減少時には蓄電池が充電するため、少ない蓄電池容量でピーク電力の削減が可能。
・負荷周波数制御の周波数帯域の変動を蓄電池が補償するため、電力系統における自然エネルギー電源の大量導入に対応可能。
As a countermeasure against the above problem, load fluctuation compensation control that builds a microgrid using storage batteries installed in a building and follows the output of the storage battery against relatively long-period load fluctuations including the frequency band of load frequency control. Has been proposed (Patent Document 1). When the supply and demand balance between the load power and the generated power of the natural energy power supply is disrupted by the load fluctuation compensation control, the storage battery is charged and discharged, so the purchased power from the power company is suppressed and at the same time the generated power of the natural energy is reduced. It is possible to mitigate the influence of fluctuations on the power system. The load fluctuation compensation control has the following two characteristics and is effective as a countermeasure technique for the recent energy supply problem.
-Since the storage battery charges when the load power decreases, the peak power can be reduced with a small storage battery capacity.
-Since the storage battery compensates for fluctuations in the frequency band of load frequency control, it is possible to deal with large-scale introduction of natural energy power sources in the power system.
しかしながら、負荷減少時の充電量が多いと蓄電池の蓄電池残量(SOC:State Of Charge)が満充電状態になり、蓄電池の充電が停止される。そのため、負荷周波数制御の周波数帯域の変動を蓄電池が補償できない場合がある。 However, if the amount of charge at the time of load reduction is large, the storage battery residual quantity (SOC: State Of Charge) of a storage battery will be in a full charge state, and charge of a storage battery will be stopped. Therefore, the storage battery may not be able to compensate for fluctuations in the frequency band of load frequency control.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ピーク電力の削減と負荷周波数制御とを両立することが可能である電力管理システム及び電力管理方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a power management system and a power management method capable of achieving both peak power reduction and load frequency control. .
本発明の一態様は、買電電力と蓄電池の出力する電力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングする第1バンドパスフィルタと、前記合計値の短周期変動の成分をフィルタリングする第2バンドパスフィルタと、前記長周期変動の成分と前記短周期変動の成分との成分合計値に基づいて前記蓄電池の出力する電力を決定する蓄電池制御部と、所定の時間内において前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように前記蓄電池の出力する電力に対応させて前記蓄電池に対する充電量の最大値を決定する決定部と、を備える電力管理システムである。 According to one aspect of the present invention, a first band-pass filter that filters a long-period fluctuation component of a total value of purchased power and power output from a storage battery, and a second filter that filters a short-cycle fluctuation component of the total value. A band-pass filter; a storage battery control unit that determines power output from the storage battery based on a total component value of the long-cycle fluctuation component and the short-cycle fluctuation component; and a remaining amount of the storage battery within a predetermined time And a determination unit that determines a maximum value of the charge amount for the storage battery in correspondence with the electric power output by the storage battery so that the transition of is less than the upper limit value.
また、本発明の一態様は、上述の電力管理システムであって、前記決定部は、負荷電力の過去実績データの前記長周期変動の成分と前記過去実績データの短周期変動の成分との前記成分合計値に基づいて、前記充電量の最大値を変化させたときの前記蓄電池の残量の推移を計算し、計算した前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となり、且つ最大となる前記充電量の最大値を選択することで、前記蓄電池の充電量の最大値を決定する。 Further, one aspect of the present invention is the above-described power management system, wherein the determination unit includes the component of the long cycle variation of the past performance data of load power and the component of the short cycle variation of the past performance data. Based on the component total value, calculate the transition of the remaining amount of the storage battery when the maximum value of the charge amount is changed, and the calculated transition of the remaining amount of the storage battery is less than the upper limit value and becomes the maximum By selecting the maximum value of the charge amount, the maximum value of the charge amount of the storage battery is determined.
また、本発明の一態様は、上述の電力管理システムであって、負荷電力の過去実績データに基づいて、前記蓄電池の補償周波数帯域を決定する蓄電池補償帯域決定部をさらに有し、前記第1バンドパスフィルタは、前記補償周波数帯域に基づいて、前記過去実績データをフィルタリングする。 One aspect of the present invention is the power management system described above, further including a storage battery compensation band determination unit that determines a compensation frequency band of the storage battery based on past performance data of load power, The band-pass filter filters the past performance data based on the compensation frequency band.
また、本発明の一態様は、買電電力と蓄電池の出力する電力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングするステップと、前記合計値の短周期変動の成分をフィルタリングするステップと、前記長周期変動の成分と前記短周期変動の成分との成分合計値に基づいて前記蓄電池の出力する電力を決定するステップと、所定の時間内において前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように前記蓄電池の出力する電力に対応させて前記蓄電池に対する充電量の最大値を決定するステップと、を備える電力管理方法である。 Further, according to one aspect of the present invention, the step of filtering the long-period fluctuation component of the total value of the purchased power and the power output from the storage battery, the step of filtering the short-period fluctuation component of the total value, Determining the power output from the storage battery based on the total component value of the long-cycle fluctuation component and the short-cycle fluctuation component, and the transition of the remaining capacity of the storage battery is less than the upper limit value within a predetermined time And determining the maximum value of the charge amount for the storage battery in correspondence with the power output from the storage battery.
以上説明したように、本発明によれば、ピーク電力の削減と負荷周波数制御とを両立することが可能である電力管理システム及び電力管理方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power management system and a power management method capable of achieving both peak power reduction and load frequency control.
本実施形態の電力管理システム1は、需要家の負荷電力の減少時において、蓄電池の充電量を抑制しつつ、電力ピークの削減と負荷周波数制御(LFC:Load Frequency Control)を両立する。負荷周波数制御とは、自然エネルギー電源の発電電力を調整することにより、電力系統の周波数を規定値に維持する制御である。電力管理システム1は、様々な周波数成分を有する負荷電力の変動を、短周期の負荷変動補償用のバンドパスフィルタと長周期の負荷変動補償用のバンドパスフィルタとの各々に通すことで、各補償帯域の変動を抽出し、抽出した各補償帯域の変動に基づいて蓄電池の出力を決定する。
The
図1は、本実施形態の電力管理システム1の構成を示すブロック図である。図1において、電力管理システム1は、システム演算部10、過去実績データDB(データベース)11、リアルタイムコントローラ12及び定置用蓄電池部13を有する。
システム演算部10は、気象情報取得部20、気象類似日負荷電力データ取得部21、蓄電池補償帯域決定部22、出力初期値決定部23及び最大充電量決定部24を有する。
リアルタイムコントローラ12は、格納部30及び蓄電池出力指令値計算部31を有する。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the
The
The real-
また、上記気象情報取得部20、気象類似日負荷電力データ取得部21及び過去実績データDB11を負荷電力取得部40として構成することもできる。また、蓄電池補償帯域決定部22及び出力初期値決定部23を制御パラメータ決定部41として構成することもできる。また、最大充電量決定部24を充電量決定部42として構成することもできる。格納部30、蓄電池出力指令値計算部31及び定置用蓄電池部13を蓄電池制御部43として構成することもできる。
Moreover, the said weather
負荷電力取得部40は、制御対象日の前日、又は前日よりも前の日に翌日(制御対象日)の気象情報と類似した気象情報に対応付けられて記録されている負荷電力の過去実績データ(平日、土日・祝日に対応)を取得する(1日1回)。より具体的には、過去実績データDB11は、外部に設けられたシステムから、負荷電力の履歴、天気、温度、湿度等を含む気象情報を日付に対応づけて記憶する。
The load
気象情報取得部20は、インターネット2を介して天気、温度、湿度等を含む気象情報を外部に接続された気象情報提供サーバ等から取得する。気象類似日負荷電力データ取得部21は、気象情報取得部20によって取得した気象情報に類似する気象情報が対応づけられた負荷電力のデータを、負荷電力の過去実績データとして過去実績データDB11から取得する。気象情報が類似するか否かの判定は、例えば、天気(天候)が同じであり、お互いの温度と湿度とが、それぞれ所定の範囲内にあれば類似すると判定する。すなわち、天気が同じであっても、お互いの温度と湿度との少なくともいずれかが、所定の範囲外である場合には、類似しないと判定する。また、制御対象日における気温の推移予想グラフと過去の気象情報における気温の推移グラフの相関関係、制御対象日における湿度の推移予想グラフと過去の気象情報における湿度の推移グラフの相関関係によって類似を判断してもよい。なお、本実施形態において、負荷電力取得部40は、制御対象日の気象情報に類似する気象情報が対応づけられた負荷電力のデータを過去実績データDB11から取得することで、制御対象日の負荷電力データを予測したが、これに限定されない。例えば、負荷電力取得部40は、ニュートラルネットワークやカルマンフィルタ等、既存の技術を用いて制御対象日の負荷電力データを予測してもよい。なお、負荷電力データ取得部21は、例として、図2に示す負荷電力データを制御対象日の負荷電力データとして取得したとする。
The weather
制御パラメータ決定部41は、負荷電力データ取得部21が取得した負荷電力データ(過去実績データ)を用いて、実効蓄電池容量でピーク電力削減量が最大となる補償帯域及び出力初期値を決定する。ここで、補償帯域とは、蓄電池で補償すべき負荷変動の周波数帯域である。補償帯域を決定する目的は、様々な周波数成分で構成されている負荷変動において、与えられた蓄電池容量で最大限のピーク電力削減量を得るためには、蓄電池で補償すべき負荷変動の周波数帯域を決定する必要があるためである。なお、ピーク電力削減量とは、負荷電力がピークとなる時間帯において、そのピークの負荷電力を削減する削減量である。出力初期値とは、負荷の変動による電力量を補償する負荷変動補償の開始時刻における蓄電池から出力される出力の初期値である。
The control
蓄電池補償帯域決定部22は、負荷電力取得部40が取得した負荷電力データ(過去実績データ)を用いて、高域遮断周波数及び低域遮断周波数を決定する。すなわち、蓄電池補償帯域決定部22は、時刻の経過と負荷電力との関係を表す負荷電力プロファイルのうち、ある時刻の範囲における負荷電力プロファイルから、又は、過去の類似する電力プロファイルや、シミュレーション結果などを解析することで、その負荷電力プロファイルに対応する最適な蓄電池の補償周波数帯域を求める。ここで、例えば、使用する負荷電力データは、業務時間帯のデータである。業務時間帯とは、負荷に電力を供給するために蓄電池を放電する時間帯である。
The storage battery compensation
以下に、本実施形態の蓄電池補償帯域決定部22の高域遮断周波数及び低域遮断周波数を決定する方法の一例を説明する。
Hereinafter, an example of a method for determining the high-frequency cutoff frequency and the low-frequency cutoff frequency of the storage battery compensation
まず、蓄電池補償帯域決定部22は、負荷電力に含まれる周波数成分を特定するため、負荷電力の過去実績データから、(1)式の離散フーリエ変換の公式を用いて、負荷電力の各周波数fkにおける実数部R(fk)、及び虚数部I(fk)を計算する。x(t)は負荷電力、fkは周波数、X(fk)は周波数fkにおける負荷電力、kは1からサンプル数Nまでの数を表す。
First, in order to identify the frequency component included in the load power, the storage battery compensation
次に、蓄電池補償帯域決定部22は、(2)式に基づき、負荷電力の各周波数の振幅|X(fk)|[kW]を求める。kは、1からN/2までの数である。
Next, the storage battery compensation
次に、蓄電池補償帯域決定部22は、(3)式に基づき、実数部R(fk)及び虚数部I(fk)を用いて、位相差φ(fk)[rad]を求める。
Next, the storage battery compensation
なお、基本周波数f1は、(3)式に基づき、負荷電力のサンプリング間隔Δt、及びサンプル数Nから求められる。また、ナイキスト周波数fsは、(4)式及び(5)式に基づき求められる。 The basic frequency f 1 is determined from (3) based on the formula, the sampling interval Δt of the load power, and the number of samples N. Further, the Nyquist frequency f s is obtained based on the equations (4) and (5).
次に、図3を用いて、低域遮断周波数の決定方法を説明する。図3は、(2)式で求めた各周波数の振幅|X(fk)|の正弦波の時間積分による蓄電池容量の算出方法を示すグラフである。 Next, a method for determining the low cut-off frequency will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing a method for calculating the storage battery capacity by time integration of the sine wave of the amplitude | X (fk) | of each frequency obtained by the equation (2).
図3において、縦軸は電力を表し、横軸は時間を表す。電力のグラフは、(2)式より求めた各周波数fkに対する振幅|X(fk)|を示し、正弦波の半周期分において、(3)式より求めた位相差φ(fk)を考慮して、蓄電池の充電期間における放電電力と放電期間における放電電力を示している。すなわち、図3における0〜φ(fk)における電力は充電電力を示し、φ(fk)〜1/2fkにおける電力は放電電力を示す。 In FIG. 3, the vertical axis represents power and the horizontal axis represents time. The power graph shows the amplitude | X (f k ) | for each frequency f k obtained from the equation (2), and the phase difference φ (f k ) obtained from the equation (3) in the half cycle of the sine wave. The discharge power during the charge period of the storage battery and the discharge power during the discharge period are shown. That is, the power in 0~φ (f k) in FIG. 3 shows the charging power, the power in φ (f k) ~1 / 2f k denotes the discharge power.
ここで、負荷変動補償に必要な蓄電池容量は、放電量から充電量を引いた値、すなわち、図3の斜線部分で示した放電量から充電量を引いた値によって算出することができる。周波数fkにおける蓄電池容量は、以下に示す(6)式に基づき求められる。 Here, the storage battery capacity required for load variation compensation can be calculated by a value obtained by subtracting the charge amount from the discharge amount, that is, a value obtained by subtracting the charge amount from the discharge amount indicated by the hatched portion in FIG. The storage battery capacity at the frequency f k is obtained based on the following equation (6).
蓄電池補償帯域決定部22は、離散フーリエ変換で求めた振幅|X(fk)|、周波数fk、及び位相差φ(fk)を用いて、図3に示す半周期分において蓄電池の充電量及び放電量を算出する。
The storage battery compensation
また、位相差φ(fk)を0[rad]として考えると、(6)式においてcosφ(fk)=1となり、すなわち、周波数fkにおける蓄電池容量は、半周期において放電電力量に基づく値となる。一方、位相差φ(fk)が0[rad]でない値の場合を考慮すると、半周期分において、放電量に加えて充電量を考慮した電力量が計算される。位相差φ(fk)を考慮することにより、放電量のみを考慮した蓄電池容量に対して充電量を考慮するため、より小さい蓄電池容量を算出することになり、負荷変動補償に適切な蓄電池容量の決定をすることができる。 When the phase difference φ (f k ) is considered as 0 [rad], cos φ (f k ) = 1 in the equation (6), that is, the storage battery capacity at the frequency f k is based on the discharge power amount in a half cycle. Value. On the other hand, when considering the case where the phase difference φ (f k ) is a value other than 0 [rad], the electric energy in consideration of the charge amount in addition to the discharge amount is calculated in a half cycle. By considering the phase difference φ (f k ), the charge amount is taken into consideration with respect to the storage battery capacity considering only the discharge amount, so that a smaller storage battery capacity is calculated, and the appropriate storage battery capacity for load fluctuation compensation Can make decisions.
蓄電池補償帯域決定部22は、(7)式に示すように、各成分の周波数fkにおける蓄電池容量を低域遮断周波数から高域遮断周波数まで積算することにより、蓄電池容量W(放電量−充電量)を計算する。
As shown in the equation (7), the storage battery compensation
このように、蓄電池補償帯域決定部22は、蓄電池容量Wついて、低域遮断周波数から高域遮断周波数まで積算することにより、低域遮断周波数と負荷変動補償に必要な蓄電池容量との関係を求めることができる。蓄電池補償帯域決定部22は、(7)式に示す関係から、実効蓄電池容量で最も補償帯域を広くとれる低域遮断周波数を、2点の線形補間で求めることができる。すなわち、蓄電池補償帯域決定部22は、(7)式において求めた低域遮断周波数と負荷変動補償に必要な蓄電池容量との関係において、実効蓄電池容量において最も補償帯域を広くとれる低域遮断周波数を求め、求めた補償帯域の低域遮断周波数の高域側及び低域側の2点の周波数の線形補間によって低域遮断周波数を決定する。なお、高域遮断周波数は、短周期の速い変動を補償してもピーク電力削減効果が小さいことから固定値とする。
In this way, the storage battery compensation
出力初期値決定部23は、蓄電池出力指令値計算部31から出力される蓄電池出力指令値(後述する)の初期値である出力初期値を算出する。例えば、出力初期値決定部23は、定置用蓄電池部13から出力される出力初期値を離散フーリエ変換し、蓄電池補償帯域決定部22によって算出された高域遮断周波数を上限値、低域遮断周波数を下限値として、逆離散フーリエ変換することで、蓄電池補償帯域決定部22が高域遮断周波数及び低域遮断周波数を設定した際に予想される蓄電池出力を求め、出力初期値を決定する。出力初期値決定部23は、決定した出力初期値、高域遮断周波数及び低域遮断周波数を制御パラメータとして最大充電量決定部24に出力する。このように、制御パラメータ決定部41は、蓄電池補償帯域決定部22における上述のような補償帯域を決定する処理、及び出力初期値決定部23における上述のような出力初期値を決定する処理を例えば1日に1回実行する。なお、制御パラメータ決定部41は、例として、図2に示す負荷電力データから、高域遮断周波数を1mHz、低域遮断周波数を0.045mHz、出力初期値を79.7kWに決定した。上記高域遮断周波数1mHz、低域遮断周波数0.045mHz、出力初期値79.7kWの決定に際し、蓄電池は、定格出力90kW、定格容量163kWhと仮定し、蓄電池残量(SOC:State Of Charge)の使用範囲を30%から95%と設定し、実効蓄電池容量を106kWhとした。
The output initial
最大充電量決定部24は、制御パラメータ決定部41から供給された制御パラメータ(出力初期値、高域遮断周波数及び低域遮断周波数)及び負荷電力取得部40が取得した負荷電力データに基づいて、蓄電池の出力値(以下、「蓄電池出力」という。)を算出する。そして、最大充電量決定部24は、算出した蓄電池出力を時間積分することにより蓄電池の使用容量の推移、すなわち蓄電池の蓄電池残量SOCの推移を計算する。最大充電量決定部24は、蓄電池残量SOCの推移に基づいて、蓄電池の充電量の最大値(以下、「充電量最大値」)を決定する。上記充電量最大値は、蓄電池の運転時間帯において、蓄電池の使用容量の推移が0、すなわち蓄電池残量SOCが使用範囲の上限値に達しないときの蓄電池の充電量の最大値である。
The maximum charge
以下に、本実施形態における最大充電量決定部24の充電量最大値の決定方法について説明する。
まず、最大充電量決定部24は、制御パラメータ及び負荷電力データに基づいて、蓄電池出力を計算する。図4は、本実施形態における蓄電池出力の決定方法を説明する図である。最大充電量決定部24は、ピークカット用バンドパスフィルタ50、第1出力リミッタ51、LFC用バンドパスフィルタ52、加算器53及び第2出力リミッタ54を備える。
Below, the determination method of the charge amount maximum value of the maximum charge
First, the maximum charge
図4に示すように、最大充電量決定部24は、ピークカット用バンドパスフィルタ50とLFC用バンドパスフィルタ52との2つのバンドパフィルタを用いる。
As shown in FIG. 4, the maximum charge
各バンドパスフィルタは、ローパスフィルタとハイパスフィルタによって構成することができる。ここで、ローパスフィルタの入力をx(n)、ローパスフィルタの出力(ハイパスフィルタの入力)をy(n)、ハイパスフィルタの出力をz(n)として、y(n)は、x(n)を入力とし、高域遮断周波数によって定められたx(n)の高域周波数を遮断するローパスフィルタの出力である。また、z(n)は、y(n)を入力とし、低域遮断周波数によって定められたx(n)の低域周波数を遮断するハイパスフィルタの出力である。各バンドパスフィルタは、一例として以下に示す式で表される。 Each band pass filter can be constituted by a low pass filter and a high pass filter. Here, x (n) is the input of the low-pass filter, y (n) is the output of the low-pass filter (input of the high-pass filter), z (n) is the output of the high-pass filter, and y (n) is x (n). Is an output of a low-pass filter that cuts off the high frequency of x (n) determined by the high frequency cutoff frequency. Z (n) is an output of a high-pass filter that takes y (n) as an input and cuts off a low-frequency of x (n) determined by the low-frequency cutoff. Each bandpass filter is represented by the following formula as an example.
ynは、中間出力値(kW)である。yn−1は、ynの1ステップ前の中間出力値(kW)である。ynは、以下に示す式で表すことができる。 y n is the intermediate output values (kW). y n−1 is an intermediate output value (kW) one step before y n . y n can be expressed as shown below.
ここで、xn−1は、バンドパスフィルタに入力するxnの1ステップ前の負荷電力(kW)である。Tは、制御周期であり、例えば1sである。ωLは、高域遮断角周波数である。ωHは、低域遮断角周波数である。ωL及びωHは、以下で示す式で表すことができる。 Here, xn-1 is the load power (kW) one step before xn input to the bandpass filter. T is a control period, for example, 1 s. ω L is the high-frequency cutoff angular frequency. ω H is a low cut-off angular frequency. ω L and ω H can be expressed by the following equations.
fLは、高域遮断周波数である。fHは、低域遮断周波数である。本実施形態において、ピークカット用バンドパスフィルタ50の高域遮断周波数をfLp、低域遮断周波数をfHpとする。LFC用バンドパスフィルタ52の高域遮断周波数をfLL、低域遮断周波数をfHLとする。
f L is a high cut-off frequency. f H is a low cut-off frequency. In the present embodiment, the high-frequency cutoff frequency of the peak cut band-
次に、本実施形態における蓄電池出力の決定方法の流れについて説明する。
最大充電量決定部24は、負荷電力取得部40が取得した負荷電力(xn)をピークカット用バンドパスフィルタ50とLFC用バンドパスフィルタ52とに供給する。
Next, the flow of the storage battery output determination method in the present embodiment will be described.
The maximum charge
ピークカット用バンドパスフィルタ50は、負荷電力データの長周期変動の成分を抽出する。ピークカット用バンドパスフィルタ50は、制御パラメータ決定部41で決定した高域遮断周波数と低域遮断周波数とをそれぞれ高域遮断周波数fLp、低域遮断周波数fHpとして式(8)を用いて蓄電池出力znを第1の蓄電池出力zn1として求める。ピークカット用バンドパスフィルタ50は、求めた第1の蓄電池出力zn1を第1出力リミッタ51に出力する。なお、制御パラメータ決定部41で決定した出力初期値をピークカット用バンドパスフィルタ50の出力初期値Zdとする。
The peak cut band-
第1出力リミッタ51は、第1の蓄電池出力zn1において、蓄電池の充電量最大値を所定の値に設定し、設定した充電量最大値において出力可能な蓄電池出力を第2の蓄電池出力zn2として算出する。例えば、第1出力リミッタ51は、第1の蓄電池出力zn1と充電量最大値との組み合わせに対応する蓄電池出力をテーブルから参照することで決定する。上記テーブルには、第1の蓄電池出力zn1、充電量最大値及び蓄電池出力が過去の実績に基づいて予め対応付けられている。
The
LFC用バンドパスフィルタ52は、負荷電力データの短周期変動の成分を抽出する。例えば、LFC用バンドパスフィルタ52では、自身で用いられる低域遮断周波数fHLとしてピークカット用バンドパスフィルタの高域遮断周波数fLpを用いる。高域遮断周波数fLLは、予め設定される。なお、短周期とは、数分から十数分程度の周期であるため、一例として、高域遮断周波数fLLを10mHzとし、低域遮断周波数fHLを1mHzとする。LFC用バンドパスフィルタ52は、高域遮断周波数fLL、低域遮断周波数fHLそれぞれを式(8)に代入することで蓄電池出力znを第3の蓄電池出力zn3として求める。また、ピークカット用バンドパスフィルタ50は、求めた第3の蓄電池出力zn3を加算器53に出力する。なお、LFC用バンドパスフィルタ52の出力初期値は、0に固定されている。なお、LFC用バンドパスフィルタ52の出力側に第1出力リミッタ51に相当する出力リミッタがないのは、太陽光発電等の自然エネルギーの変動を蓄電池で最大限補償させるために、負荷周波数制御の周波数帯域の変動を蓄電池の定格出力(第2出力リミッタ54)で補償させるためである。また、短周期変動を蓄電池で補償しても、その補償による蓄電池の蓄電池容量への影響が小さいため、ピークカット用バンドパスフィルタ50のみに第1出力リミッタ51を設けている。
The LFC band-
加算器53は、第2の蓄電池出力zn2と第3の蓄電池出力zn3とを加算し、第2出力リミッタ54に出力する。
第2出力リミッタ54は、第2の蓄電池出力zn2と第3の蓄電池出力zn3との加算値の振幅を出力範囲の上限値及び下限値により制限する。この出力上限値及び出力下限値は、蓄電池残量SOCの上限設定値及び下限設定値から設定される。図5は、出力上限値及び出力下限値と蓄電池残量SOCの上限設定値及び下限設定値との関係を示す図である。第2出力リミッタ54は、第2の蓄電池出力zn2と第3の蓄電池出力zn3との加算値を、上限設定値と下限設置値とにより制限された蓄電池出力とする。
The
The
最大充電量決定部24は、第1出力リミッタ51の充電量最大値を所定の値毎に変化させながら、上記蓄電池出力の決定方法に基づいて、充電量最大値毎に蓄電池出力を決定する。例えば、最大充電量決定部24は、充電量最大値を−10kW〜−90kW(定格出力)まで−10kW刻みで変化させた場合の蓄電池出力を決定する。最大充電量決定部24は、決定した蓄電池出力を時間積分することで蓄電池残量SOCの推移を充電量最大値毎に求める。最大充電量決定部24は、蓄電池残量SOCの推移が上限値(第2出力リミッタ54の設定上限値95%)に達しない範囲で最も大きくなる充電量最大値を選択する。最大充電量決定部24は、決定した充電量最大値を格納部30に出力する。
The maximum charge
格納部30は、高域遮断周波数、低域遮断周波数及び最大充電量決定部24が決定した充電量最大値を格納する。
The
次に、蓄電池制御部43が行う蓄電池制御処理について説明する。蓄電池制御部43は、例えば、蓄電池制御処理を制御周期1秒として実行する。蓄電池制御部43は、所定の蓄電池制御のアルゴリズムに従って、リアルタイム制御で、様々な周波数成分を持つ負荷電力の変動(買電電力と蓄電池出力との合計)をピークカット用バンドパスフィルタ50とLFC用バンドパスフィルタ52とのそれぞれに通すことで、各補償帯域の変動を抽出して加算し、蓄電池出力値を求める。なお、第1出力リミッタ51の充電量最大値は、格納部30に格納された充電量最大値、すなわち最大充電量決定部24で決定した充電量最大値である。
Next, a storage battery control process performed by the storage
図6は、本実施形態における蓄電池制御(蓄電池出力指令値計算部31の構成)を説明するブロック図である。蓄電池出力指令値計算部31は、加算器60、ピークカット用バンドパスフィルタ50、第1出力リミッタ51、LFC用バンドパスフィルタ52、加算器53及び第2出力リミッタ54を備える。
加算器60は、買電電力と蓄電池出力とを加算する。ピークカット用バンドパスフィルタ50は、低域遮断周波数fHpと高域遮断周波数fLpと出力初期値Zdとに従って、加算器60から供給される買電電力と蓄電池出力との合計値をフィルタリングする。第1出力リミッタ51は、ピークカット用バンドパスフィルタ50から供給される出力信号の振幅を最大充電量決定部24で決定した充電量最大値により制限する。第1出力リミッタ51は、制限された出力信号を加算器53に出力する。
FIG. 6 is a block diagram illustrating the storage battery control (configuration of the storage battery output command value calculation unit 31) in the present embodiment. The storage battery output command
The
LFC用バンドパスフィルタ52は、低域遮断周波数fHLと高域遮断周波数fLLと所定の出力初期値(例えば、0kW)とに従って、加算器60から供給される買電電力と蓄電池出力との合計値をフィルタリングする。LFC用バンドパスフィルタ52は、フィルタリングすることで決定した出力信号を加算器53に出力する。
加算器53は、第1出力リミッタとLFC用バンドパスフィルタ52とから供給された出力信号を加算し、第2出力リミッタ54に出力する。
The
The
第2出力リミッタ54は、蓄電池残量SOCの上限設定値及び下限設定値から設定される出力上限値及び出力下限値の範囲内の補償帯域の変動を抽出して蓄電池出力指令値を求め、蓄電池出力指令値を定置用蓄電池部13に出力する。
The
定置用蓄電池部13は、上記蓄電池出力指令値計算部31からの蓄電池出力指令値に従って、自身の内部に設けられた蓄電池の出力を制御する。
The stationary
次に、本実施形態の電力管理システム1の効果について説明する。以下に、電力管理システム1のピーク電力削減量についてMATLAB/Simulink(マトラボ(マットラブ)/シミュリンク)(登録商標)を用いてシミュレーションを行った。なお、蓄電池は、定格出力が90kWであり、定格容量が163kWhとして、上記シミュレーションを行った。ただし、電池残量)の使用範囲を30%から95%と設定しているため、実効蓄電池容量は106kWhとなる。
Next, effects of the
また、シミュレーションとして、気象情報取得部20は、過去の負荷データから翌日の気象情報と類似した負荷電力として図2に示す負荷電力データを取得したと仮定する。
蓄電池補償帯域決定部22は、図2に示す負荷電力データから、高域遮断周波数を1mHz、低域遮断周波数を0.045mHzに決定した。また、出力初期値決定部23は、蓄電池補償帯域決定部22が決定した高域遮断周波数及び低域遮断周波数に基づいて出力初期値を79.7kWに決定した。
As a simulation, it is assumed that the weather
The storage battery compensation
最大充電量決定部24は、図2に示す負荷電力データに基づいて、充電量最大値を−10kW〜−90kW(定格出力)まで−10kW刻みで変化させた場合の蓄電池出力を取得した。そして、最大充電量決定部24は、蓄電池出力を積分することで算出される蓄電池残量SOCの推移が第2出力リミッタ54の設定上限値95%に達しない範囲で最も大きくなる充電量最大値を−20kWに決定する。
Based on the load power data shown in FIG. 2, the maximum charge
蓄電池制御部43は、図7に示す負荷電力データを制御対象日の負荷電力データとして、ピークカット用バンドパスフィルタ50とLFC用バンドパスフィルタ52とのそれぞれに通して、各補償帯域の変動を抽出して加算し、蓄電池出力値を解いた。
The storage
図8は、シミュレーションにおいて、制御パラメータ決定部41で決定した制御パラメータと最大充電量決定部24が決定した充電量最大値(−20kW)とを用いて、蓄電池制御処理を行った結果を示す。図8(a)は1秒刻みの電力(kW)と電力量(kWh)を示す。図8(b)は、30分平均毎の負荷電力と買電電力との推移を示す図である。上記のシミュレーションの結果、本実施形態における電力管理システム1では、図8(a)に示すように蓄電池の使用容量が90.8kWhと計算され、図8(b)に示すように、ピーク電力削減量が40.5kWと計算された。図8に示すように、蓄電池の運転時間帯(7時30分から16時30分)において蓄電池が停止している時間帯がないため、ピーク電力の削減を達成し、且つ蓄電池が負荷周波数制御の周波数帯域の変動に対応できている。
FIG. 8 shows a result of performing the storage battery control process using the control parameter determined by the control
図9は、従来の電力管理システムのシミュレーション結果を示す図である。図10は、従来の電力管理システムの概略構成図を示す図である。従来の電力管理システムは、電力管理システム1と比較して、短周期の負荷変動補償用のバンドパスフィルタと長周期の負荷変動補償用のバンドパスフィルタとの区別がなく、1つのバンドパスフィルタが用いられている。また、従来の電力管理システムは、充電量最大値を決定する第1出力リミッタ51が用いられていない。
図9(a)は1秒刻みの電力(kW)と電力量(kWh)を示す。図9(b)は、30分平均毎の負荷電力と買電電力との推移を示す図である。なお、シミュレーションには、図7に示す負荷電力データをリアルタイムの負荷電力として用いた。上記のシミュレーションの結果、従来の電力管理システムでは、図9(a)に示すように蓄電池の使用容量91.4kWhと計算され、ピーク電力削減量が42.4kWと計算された。図9に示すように、従来の電力管理システムは、ピーク電力の削減が可能であるが、蓄電池の運転時間帯(7時30分から16時30分)において蓄電池が停止している時間帯があり、蓄電池が負荷周波数制御の周波数帯の変動に対応できていないことがわかる。
FIG. 9 is a diagram illustrating a simulation result of a conventional power management system. FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration diagram of a conventional power management system. Compared with the
FIG. 9A shows the electric power (kW) and the electric energy (kWh) in 1 second increments. FIG.9 (b) is a figure which shows transition of the load electric power and purchased electric power for every 30 minutes average. In the simulation, the load power data shown in FIG. 7 was used as real-time load power. As a result of the above simulation, in the conventional power management system, as shown in FIG. 9A, the storage battery usage capacity was calculated to be 91.4 kWh, and the peak power reduction amount was calculated to be 42.4 kW. As shown in FIG. 9, the conventional power management system can reduce the peak power, but there is a time zone in which the storage battery is stopped in the operation time zone of the storage battery (7:30 to 16:30). Thus, it can be seen that the storage battery cannot cope with fluctuations in the frequency band of the load frequency control.
図8及び図9に示すシミュレーションの結果より、本実施形態における電力管理システム1は、蓄電池の充電量を抑制しつつ、蓄電池によるピークカットと負荷周波数制御との機能を両立し、自然エネルギーを最大限活用することができる。
From the simulation results shown in FIGS. 8 and 9, the
上述したように、本実施形態の電力管理システム1は、買電電力と蓄電池の出力との合計値の長周期変動の成分をフィルタリングするピークカット用バンドパスフィルタ50と、その合計値の短周期変動の成分をフィルタリングするLFC用バンドパスフィルタ52と、長周期変動の成分と短周期変動の成分との合計値に基づいて蓄電池の出力を決定する蓄電池制御部43と、所定の時間内において蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように蓄電池の充電量の最大値を設定する最大充電量決定部と、を備える。これにより、蓄電池の運転時間帯において蓄電池が停止することなく、ピーク電力を削減できる。したがって、電力管理システム1は、時間帯ピーク電力の削減と負荷周波数制御とを両立することが可能である。
As described above, the
上述した実施形態における電力管理システム1をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
You may make it implement | achieve the
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiment, and includes design and the like within the scope not departing from the gist of the present invention.
1 電力管理システム
10 システム演算部
11 過去実績データDB
12 リアルタイムコントローラ
13 定置用蓄電池部
21 気象類似日負荷電力データ取得部
22 蓄電池補償帯域決定部
23 出力初期値決定部
24 最大充電量決定部
30 格納部
31 蓄電池出力指令値計算部
40 負荷電力取得部
41 制御パラメータ決定部
42 充電量決定部
43 蓄電池制御部
1
12 real-
Claims (4)
前記合計値の短周期変動の成分をフィルタリングする第2バンドパスフィルタと、
前記長周期変動の成分と前記短周期変動の成分との成分合計値に基づいて前記蓄電池の出力する電力を決定する蓄電池制御部と、
所定の時間内において前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように前記蓄電池の出力する電力に対応させて前記蓄電池に対する充電量の最大値を決定する決定部と、
を備える電力管理システム。 A first band-pass filter that filters a component of long-period fluctuation of the total value of the purchased power and the power output from the storage battery;
A second bandpass filter for filtering the short-period fluctuation component of the total value;
A storage battery control unit that determines power output from the storage battery based on a total component value of the long-cycle fluctuation component and the short-cycle fluctuation component;
A determination unit that determines the maximum value of the charge amount for the storage battery in correspondence with the power output by the storage battery so that the transition of the remaining amount of the storage battery is less than the upper limit value within a predetermined time;
A power management system comprising:
前記第1バンドパスフィルタは、前記補償周波数帯域に基づいて、前記過去実績データをフィルタリングする請求項1又は請求項2に記載の電力管理システム。 Based on past performance data of load power, further comprising a storage battery compensation band determining unit that determines a compensation frequency band of the storage battery,
The power management system according to claim 1 or 2, wherein the first band-pass filter filters the past performance data based on the compensation frequency band.
前記合計値の短周期変動の成分をフィルタリングするステップと、
前記長周期変動の成分と前記短周期変動の成分との成分合計値に基づいて前記蓄電池の出力する電力を決定するステップと、
所定の時間内において前記蓄電池の残量の推移が上限値未満となるように前記蓄電池の出力する電力に対応させて前記蓄電池に対する充電量の最大値を決定するステップと、
を備える電力管理方法。 Filtering the long-period fluctuation component of the total value of the purchased power and the power output from the storage battery;
Filtering a component of short period variation of the total value;
Determining power output from the storage battery based on a component total value of the long-cycle variation component and the short-cycle variation component;
Determining the maximum amount of charge for the storage battery in correspondence with the power output by the storage battery so that the transition of the remaining capacity of the storage battery is less than the upper limit value within a predetermined time;
A power management method comprising:
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