JP2018098951A - 電力制御システム、電力制御方法および管理制御センター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の電力供給地域における総消費電力量を各需要家間でシェアし、システムで管理制御することによって、総消費電力量の平準化を確実に実施する。【解決手段】所定の電力供給地域における複数の需要家の総消費電力量の平準化を図るための電力制御システムであって、前記需要家の宅内に設置され、消費電力量を含む需要家の電力情報を送信する電力制御モジュールと、前記電力供給地域の各需要家の前記電力制御モジュールに接続され、前記需要家の電力情報を収集し、前記電力供給地域の総消費電力量を計算し、予め設定された目標消費電力量との比較結果を、電力供給地域の電力情報として各需要家の前記電力制御モジュールに報知する管理制御センターと、前記電力供給地域に電力を供給することができ、前記管理制御センターに接続された地域制御用電源とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、電力制御システム、電力制御方法および管理制御センター装置に係り、管轄圏域内で消費される総消費電力量を需要家間でシェアし、その結果に応じた管理制御を行うための電力制御システム、電力制御方法および管理制御センター装置に関する。

２０１６年度から始まった電力小売市場の自由化に際して、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）によって得られる各需要家の電力使用量データを利活用した様々なサービスやビジネスモデルが提案されている。一方、電力エネルギーの供給問題、地球環境保護の観点から、省電力に対する要求が高まっていることから、節電対策への応用も盛んに行われている。

例えば、特許文献１の省電力管理システムは、電力利用者（需要家）が属する電力供給地域毎に当該地域における電力需要量を取得する。省電力管理システムは、各々の利用者が節約した電力を示す節約使用量の大きさに応じて、当該利用者が獲得したポイントを管理する。

特開２０１２−２２６５３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシステムでは、あくまで各需要家に節電を推奨することにより、省電力の目的を達成することが基本概念となっていた。節電を達成した各需要家が、単体として電気料金を削減できるという効果があり、各需要家の節電効果が見込まれている。しかし、基本的には、個々の需要家において設定された上限値を超えないように制御をしているだけで、当該需要家の属する地域における総消費電力量の平準化を図ることは難しいという課題があった。

近年、再生可能エネルギーの大量導入による電力系統の不安定化が顕著になってきている。再生可能エネルギーによる電力供給が多い時間帯においては、当該地域における需要を再生可能エネルギーで賄い、総消費電力量を平準化することにより電力系統の安定化を図ることも期待される。各需要家の電力の上限値を設定することによる節約のみならず、総消費電力量を平準化することにより、電力供給会社は、予備電源の削減、計画的な電力供給を実施することが可能となる。この結果として、電気料金の削減及び社会的コストの削減へと繋がる。

本発明の目的は、所定の電力供給地域における総消費電力量を各需要家間でシェアし、システムで管理制御することによって、総消費電力量の平準化を確実に実施できる電力制御システム、電力制御方法および管理制御センター装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、所定の電力供給地域における複数の需要家の総消費電力量の平準化を図るための電力制御システムであって、前記需要家の宅内に設置され、消費電力量を含む需要家の電力情報を送信する電力制御モジュールと、前記電力供給地域の各需要家の前記電力制御モジュールに接続され、前記需要家の電力情報を収集し、前記電力供給地域の総消費電力量を計算し、予め設定された目標消費電力量との比較結果を、電力供給地域の電力情報として各需要家の前記電力制御モジュールに報知する管理制御センターと、前記電力供給地域に電力を供給することができ、前記管理制御センターに接続された地域制御用電源とを備え、前記電力制御モジュールは、前記管理制御センターから報知された前記電力供給地域の電力情報を表示し、前記管理制御センターは、前記総消費電力量から予測された所定の時間帯における前記電力供給地域の消費電力の予測値が予め定めた上限値を越える場合には、前記地域制御用電源を制御して前記総消費電力量の平準化を図ることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、管理制御センターは、電力供給地域の総消費電力量を計算し、予め設定された目標消費電力量との比較結果を、各需要家に報知する。各需要家は、管轄圏域内の総消費電力量の状態を常時把握でき、電力を節約するか消費するかの判断が容易となり、管轄圏域内での電力消費の平準化を実施することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる電力制御システムを示す図である。 本発明の一実施形態にかかる電力制御モジュールの構成を示すブロック図である。 本実施形態にかかる電力制御モジュールのユーザインタフェースを示す図である。 本実施形態にかかる管理制御センターにおけるサーバの処理フローを示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態の電力制御システムは、所定の電力供給地域（以下、管轄圏域という）における複数の需要家の総消費電力量（各需要家の消費電力量の総和）に対して一定の平準化した目標消費電力量を設定する。総消費電力量と目標消費電力量との比較結果を、管轄圏域の「総消費電力量の状態」として、各需要家に報知する。総消費電力量から所定の時間帯における管轄圏域の消費電力の予測値が予め定めた上限値を越える場合には、地域制御用電源を制御して総消費電力量の平準化を図る。

図１に、本発明の一実施形態にかかる電力制御システムを示す。一電力供給会社の電力系統１１の内、地域変圧器１２配下の電力線範囲を管轄圏域という。管轄圏域の各々の需要家２０には、電力制御モジュール２１が設置されている。電力制御モジュール２１には、電力系統１１から受電電力等を計測するスマートメーター（ＳＭ）２２と、配電設備または個別の通信設備を介して、太陽光発電パネルなどの需要家電源２３、宅内に設置された電機機器２４、通信機器２５、および充電スタンド等を介して電気自動車２６が接続されている。

各需要家２０に設置された電力制御モジュール２１は、有線または無線ネットワークを介して管理制御センター３１に接続されており、ＳＭ２２から取得した消費電力量を含む「需要家の電力情報」を、管理制御センター３１に送信する。「需要家の電力情報」には、例えば、所定時間ごとの電圧、電流、瞬時の電力量、単位時間当たりの消費電力量、単位期間における電力量の積算値などが含まれる。

管理制御センター３１は、管轄圏域の各需要家から電力情報を収集し、管轄圏域の総消費電力量を計算する。次に、目標消費電力量に対して総消費電力量が過剰であるか、不足であるか等の状態を含む、管轄圏域の「総消費電力量の状態」を判定する。判定結果は、「管轄圏域の電力情報」として、各需要家の電力制御モジュール２１に報知する。

また、管理制御センター３１は、総消費電力量から所定の時間帯における管轄圏域の消費電力の予測を行い、予測値が所定の上限値から逸脱する場合は、ネットワークを介して後述する地域制御用電源１３を制御する。詳細は、図４を参照して後述する。

図２に、本発明の一実施形態にかかる電力制御モジュールの構成を示す。電力制御モジュール２１は、ＣＰＵ４１に接続されたバスに、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３、記憶装置（ＨＤＤ）４４、ネットワークインタフェース（ＮＥＴ ＩＦ）４５、ユーザインタフェース（ＵＩ）４６および入出力インタフェース（ＩＦ）４７が接続された構成を有している。入出力ＩＦ４７には、ＳＭ２２、電機機器２４および通信機器２５との間で情報の授受を行う通信部４８と、ＳＭ２２を代替する計測手段である電力センサ２７からの情報を受信するＡ／Ｄ変換部４９とが接続されている。

ＳＭ２２が設置されている需要家においては、電力制御モジュール２１は、入出力ＩＦ４７の通信部４８を介してＳＭ２２の計測結果を取得する。ＳＭ２２が設置されていない需要家においては、分電盤に電流クランプなどの電力センサを設置し、入出力ＩＦ４７のＡ／Ｄ変換部４９を介して計測結果を取得する。

ＳＭ２２、電力センサ２７において計測された消費電力量などの情報は、入出力ＩＦ４７を介して収集され、ＨＤＤ４４に記録される。電力制御モジュール２１は、収集された情報から必要な「需要家の電力情報」を作成して、ＮＥＴ ＩＦ４５から管理制御センター３１へ送信する。

また、電力制御モジュール２１は、管理制御センター３１から「総消費電力量の状態」を受信するだけでなく、各需要家に設置されている電機機器の制御情報、電気自動車の充電制御のための指令などを含む「管轄圏域の電力情報」を受信することもできる。管理制御センター３１から受信した「管轄圏域の電力情報」は、例えば、通信部４８を介して、スマートフォンなどの通信機器２５に転送することもできる。

図３に、本実施形態にかかる電力制御モジュールのユーザインタフェースを示す。ＵＩ４６には、視覚情報を提供するディスプレイ５１と、音声で情報を提供するスピーカー５２とを備えている（図３（ａ））。管理制御センター３１から送信された「総消費電力量の状態」は、ＮＥＴ ＩＦ４５を介して取得され、ＵＩ４６に表示される。ＵＩ４６のディスプレイ５１には、例えば、管轄圏域の総消費電力量が目標消費電力量に対して過剰であるか、不足であるか等の状態、各需要家の消費電力量の状態、電気料金の情報などが表示される。

例えば、図３（ｂ）−（ｄ）に示したように、ディスプレイ５１に「総消費電力量の状態」を色（図ではハッチングの種類で区別している）で示し、各需要家の消費電力量の状態に応じた電気料金を、文字情報として示すことができる。

このような構成により、各需要家は、管轄圏域内の総消費電力量の状態を把握することができ、各需要家において節電する必要があるのか否か、さらに電力の消費が可能か否かの判断を、ＵＩ４６を介して行うことができる。

また、電力制御モジュール２１は、管理制御センター３１から送信される「管轄圏域の電力情報」に含まれる総消費電力量の状態に応じたイベント情報などを、ＵＩ４６に表示することもできる。ＵＩ４６に表示する様々な情報は、通信部４８を介して、通信機器２５に送信することもできる。

図４に、本実施形態にかかる管理制御センターにおけるサーバの処理フローを示す。管理制御センター３１は、管轄圏域の各需要家から電力情報を収集し、管轄圏域の総消費電力量を計算する。例えば、単位時間３０分当たりの消費電力量を収集し、管轄圏域の総消費電力量を計算する（Ｓ１０２）。管理制御センター３１は、予め設定さたれ目標消費電力量と比較して、総消費電力量が過剰であるか、不足であるかの状態を判定し、管轄圏域の総消費電力量と比較結果とを、「管轄圏域の電力情報」として、各需要家に報知する。目標消費電力量の値は、例えば、管轄圏域の各需要家の契約電力の総和とすることができる。管理制御センター３１は、予め管轄圏域の各需要家の契約情報から目標消費電力量を計算し、設定しておく。

総消費電力量が目標消費電力量を越えていない場合には、「総消費電力量の状態」だけでなく、各需要家において電力の消費が可能であることを示すイベント情報（電力消費要求情報）を作成し、各需要家の電力制御モジュール２１に送信する。また、ネットワークを介して地域制御用電源１３を制御し、余剰電力により充電動作を行うように制御する。

管理制御センター３１は、総消費電力量から所定の時間帯における管轄圏域の消費電力の予測を行う（Ｓ１０４）。予測手法としては、例えば重回帰分析、ニューラルネットワークを用いることができる。予測値が所定の範囲（目標消費電力量）内にある場合は（Ｓ１０６）、処理を終了し、予測値が目標消費電力量内から逸脱する場合は、予め定めた上限値と比較する（Ｓ１０８）。上限値は、例えば、目標消費電力量の値の１０３％の値とすることができる。現行の制度では、電力供給会社に対して、単位時間３０分当たりの消費電力量に対して同時同量±３％の電力供給が求められているからである。

予測値が上限値を越える場合には、「総消費電力量の状態」だけでなく、各需要家において節電を要請するイベント情報（節電要求情報）を作成し、「管轄圏域の電力情報」として、各需要家の電力制御モジュール２１に送信する（Ｓ１１０）。また、ネットワークを介して地域制御用電源１３を制御し、予測値が上限値を越える電力量に相当する電力の放電を指示する（Ｓ１１２）。地域制御用電源１３は、例えば蓄電池の場合には、ＳＯＣ（State of Charge）を７０％程度に常時運用する電圧に設定することにより、充電・放電双方の制御を行うことができる。

予測値が上限値を越えていない場合、すなわち予測値が目標消費電力量内から逸脱するが上限値を越えていない場合には、「総消費電力量の状態」だけでなく、各需要家において節電を促すイベント情報（節電要求情報）を作成し、「管轄圏域の電力情報」として、各需要家の電力制御モジュール２１に送信する（Ｓ１２０）。また、ネットワークを介して地域制御用電源１３を制御し、予測値が目標消費電力量を越える電力量に相当する電力の放電を指示してもよい。

本実施形態では、管理制御センターにおけるサーバの処理フローとして説明したが、これら処理フローは、管理制御センター装置としてのコンピュータとプログラムによって実現することができ、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを介して提供することも可能である。

なお、管理制御センター３１で算出された総消費電力量の予測値などの情報は、サービス事業者３２などへ報知することができ、サービス事業者３２から、節電及び電力消費へつながるイベント情報を、有線または無線ネットワークを介して電力制御モジュール２１に送信することもできる。

本実施形態によれば、管轄圏域内の総消費電力量を連続的に収集し、各需要家に報知することにより、管轄圏域内の各需要家は、管轄圏域内の総消費電力量の状態を常時把握できるようになる。各需要家が総消費電力量を常時把握することにより、電力を節約するか消費するかの判断が容易となり、管轄圏域内での電力消費の平準化効果が見込まれる。

また、目標消費電力量を逸脱する場合は地域内電源の制御を実施することにより、管轄圏域内において確実な電力の平準化が可能となる。地域変圧器範囲内で平準化を実現することにより、電力系統の安定化にも寄与することができる。

さらに、管轄圏域内の総消費電力量の状態により平準化のための制御を行うたので、各需要家における個別の最適化制御が不要となり、システムの構築費用を削減することができる。個々の需要家を特定しての制御が不要なので、システムの処理負荷も軽減することができる。

１１ 電力系統
１２ 地域変圧器
１３ 地域制御用電源
２０ 需要家
２１ 電力制御モジュール
２２ スマートメーター（ＳＭ）
２３ 需要家電源
２４ 電機機器
２５ 通信機器
２６ 電気自動車
３１ 管理制御センター
３２ サービス事業者

Claims (7)

1. 所定の電力供給地域における複数の需要家の総消費電力量の平準化を図るための電力制御システムであって、
   前記需要家の宅内に設置され、消費電力量を含む需要家の電力情報を送信する電力制御モジュールと、
   前記電力供給地域の各需要家の前記電力制御モジュールに接続され、前記需要家の電力情報を収集し、前記電力供給地域の総消費電力量を計算し、予め設定された目標消費電力量との比較結果を、電力供給地域の電力情報として各需要家の前記電力制御モジュールに報知する管理制御センターと、
   前記電力供給地域に電力を供給することができ、前記管理制御センターに接続された地域制御用電源とを備え、
   前記電力制御モジュールは、前記管理制御センターから報知された前記電力供給地域の電力情報を表示し、
   前記管理制御センターは、前記総消費電力量から予測された所定の時間帯における前記電力供給地域の消費電力の予測値が予め定めた上限値を越える場合には、前記地域制御用電源を制御して前記総消費電力量の平準化を図ることを特徴とする電力制御システム。
2. 前記電力供給地域の電力情報は、前記総消費電力量と、前記目標消費電力量との比較結果と、節電を要請するイベント情報または電力の消費が可能であることを示すイベント情報とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電力制御システム。
3. 所定の電力供給地域における複数の需要家の総消費電力量の平準化を図るための電力制御方法であって、
   前記需要家の宅内に設置された電力制御モジュールにより、消費電力量を含む需要家の電力情報を送信するステップと、
   前記電力供給地域の各需要家の前記電力制御モジュールに接続された管理制御センターにより、前記需要家の電力情報を収集し、前記電力供給地域の総消費電力量を計算し、予め設定された目標消費電力量との比較結果を、電力供給地域の電力情報として各需要家の前記電力制御モジュールに報知するステップと、
   前記電力制御モジュールにおいて、前記管理制御センターから報知された前記電力供給地域の電力情報を表示するステップと、
   前記総消費電力量から所定の時間帯における前記電力供給地域の消費電力の予測値が予め定めた上限値を越える場合には、前記管理制御センターにより、前記電力供給地域に電力を供給することができ、前記管理制御センターに接続された地域制御用電源を制御して前記総消費電力量の平準化を図るステップと
   を備えたことを特徴とする電力制御方法。
4. 前記電力供給地域の電力情報は、前記総消費電力量と、前記目標消費電力量との比較結果と、節電を要請するイベント情報または電力の消費が可能であることを示すイベント情報とを含むことを特徴とする請求項３に記載の電力制御方法。
5. 所定の電力供給地域における複数の需要家の総消費電力量の平準化を図るための電力制御システムにおける管理制御センター装置であって、
   前記需要家の宅内に設置された電力制御モジュールから、消費電力量を含む需要家の電力情報を収集し、
   前記電力供給地域の総消費電力量を計算し、
   前記総消費電力量と予め設定された目標消費電力量との比較結果を、電力供給地域の電力情報として各需要家の前記電力制御モジュールに報知し、
   前記総消費電力量から予測された所定の時間帯における前記電力供給地域の消費電力の予測値が予め定めた上限値を越える場合には、前記電力供給地域に電力を供給することができ、前記管理制御センター装置に接続された地域制御用電源を制御して前記総消費電力量の平準化を図るように構成されたことを特徴とする管理制御センター装置。
6. 前記電力供給地域の電力情報は、前記総消費電力量と、前記目標消費電力量との比較結果と、節電を要請するイベント情報または電力の消費が可能であることを示すイベント情報とを含むことを特徴とする請求項５に記載の管理制御センター装置。
7. 所定の電力供給地域における複数の需要家の総消費電力量の平準化を図るための電力制御システムにおける管理制御センター装置であって、請求項５に記載の管理制御センター装置としてコンピュータを動作させるためのコンピュータ実行可能命令からなるプログラム。