JP5265639B2 - 共同住宅のエネルギー保存システム、並びに統合電力管理システム及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、共同住宅のエネルギー保存システム、並びに統合電力管理システム及びその制御方法に関する。
環境破壊、資源枯渇などの問題のために、電力を保存し、さらに保存された電力を効率的に活用できるシステムへの関心が高まっている。また、太陽光発電などの新再生可能エネルギーの重要性が増大している。特に新再生可能エネルギーは、太陽光、風力、潮力などの無限に供給される天然資源を利用しており、発電過程で公害を誘発しないので、その活用方案に係わる研究が活発に進められている。
最近では、既存の電力系統に情報技術を接続し、電力供給者と消費者とが双方向に情報を交換することによって、エネルギー効率を最適化するシステムとして、スマートグリッド（smart grid）システムが導入されている。本明細書にて用いる系統又は電力系統という用語は、電力配電網とその配電網に接続される電力消費装置及び電力発生装置を含む。
本発明の一実施形態は、系統で異常状況、例えば、停電発生時に、ＵＰＳ（uninterruptible power supply）機能を遂行するとき、バッテリだけではなく、新再生可能エネルギー発電システムとも連繋し、全体システムを安定して運用できるエネルギー保存システム及びその制御方法を提供することである。
本発明の技術的課題を達成するための、本発明の一実施形態による共同住宅のエネルギー保存システムは、新再生可能電力発電（new and renewable power generation）システムから発電された電力を変換し、商用系統、負荷または共同負荷に供給したりバッテリに保存し、前記商用系統から供給された電力を前記負荷に供給したり、前記供給された電力を変換して前記バッテリに保存し、前記バッテリに保存された電力を変換し、前記商用系統、前記負荷または前記共同負荷に供給し、所定のネットワークで共同住宅の統合電力管理システムと接続され、前記商用系統または前記負荷に供給された電力使用量データを伝送し、前記統合電力管理システムの制御データによって、前記共同負荷への電力供給を制御することを特徴とする。
前記エネルギー保存システムは、前記共同住宅をなすそれぞれの家庭に備わっていることを特徴とする。
前記共同住宅のエネルギー保存システムは、前記新再生可能電力発電システムから発電された電力を変換するＭＰＰＴ（maximum power point tracking）コンバータと、前記発電電力または保存電力を変換したり、前記商用系統から供給された電力を変換する双方向インバータと、前記保存電力を変換したり、前記発電電力または前記商用系統から供給された電力を変換する双方向コンバータと、前記発電電力または前記商用系統から供給された電力を保存するバッテリと、前記ＭＰＰＴコンバータ、前記双方向インバータ、エネルギー保存システムの動作を制御し、所定のネットワークを介して接続された前記統合電力管理システムに、前記商用系統または前記負荷に供給された電力使用量データを伝送し、前記統合電力管理システムの制御データによって、前記共同負荷への電力供給を制御する統合制御器と、を含むことを特徴とする。
前記制御データは、各家庭に備わったエネルギー保存システムの電力使用量データと、一定時間帯で使用する電力量とを基に生成された、各家庭から前記共同負荷に供給される残余電力量であることを特徴とする。
前記制御データは、前記統合電力管理システムでリアルタイムにアップデートされて伝送されることを特徴とする。
前記新再生可能電力発電システムは、太陽光発電システムであることを特徴とする。
前記他の技術的課題を達成するための、本発明の他の実施形態による統合電力管理システムは、それぞれの家庭に備わったエネルギー保存システムと所定のネットワークを介して接続され、前記エネルギー保存システムから商用系統または前記家庭の負荷に供給された電力使用量データを伝送され、前記家庭の残余電力量を算出し、前記算出した残余電力量を基に共同負荷に供給する電力量である制御データを生成し、前記エネルギー保存システムに伝送することを特徴とする。
前記統合電力管理システムは、前記電力使用量データ及び前記共同負荷の電力消耗量をリアルタイムでモニタリングすることを特徴とする。
前記統合電力管理システムは、前記それぞれの家庭に備わったエネルギー保存システムからそれぞれの家庭の電力使用量データを伝送され、前記それぞれの家庭の残余電力量を算出し、それぞれの家庭のエネルギー保存システムから前記共同負荷に供給する電力量である制御データをそれぞれ生成し、前記それぞれの家庭に備わったエネルギー保存システムに伝送することを特徴とする。
前記統合電力管理システムは、前記伝送された電力使用量データを基に、特定時間帯でそれぞれの家庭で使用する電力量を算出することを特徴とする。
前記特定時間帯は、電力使用量がピークである時間であることを特徴とする。
前記統合電力管理システムは、前記一定時間帯でのそれぞれの家庭での実際電力使用量をモニタリングし、前記実際電力使用量と前記算出した残余電力量とを比較し、前記比較結果によって、前記共同負荷に供給する電力量である制御データを生成し、前記それぞれの家庭のエネルギー保存システムに伝送することを特徴とする。
前記統合電力管理システムは、前記実際電力使用量が、前記算出した残余電力量より多い場合、前記共同負荷に供給する電力量を減少させた制御データを生成し、前記エネルギー保存システムに伝送することを特徴とする。
前記さらに他の技術的課題を達成するための、本発明のさらに他の実施形態によるそれぞれの家庭に備わったエネルギー保存システムと所定のネットワークを介して接続された統合電力管理システムの制御方法は、前記エネルギー保存システムから商用系統または前記それぞれの家庭の負荷に供給された電力使用量データを伝送される段階と、前記伝送された電力使用量データを基にそれぞれの家庭の残余電力量を算出する段階と、前記算出した残余電力量を基に共同負荷に供給する電力量である制御データを生成する段階と、前記生成した制御データを前記それぞれの家庭のエネルギー保存システムに伝送する段階と、を含んでなされる。
前記制御方法は、前記伝送した制御データによって、前記それぞれの家庭に備わったエネルギー保存システムの電力が前記共同負荷に供給されることを特徴とする。
前記制御方法は、前記伝送された電力使用量データを基にそれぞれの家庭で特定時間帯に使用する電力量を算出する段階をさらに含み、前記残余電力量の算出段階は、前記算出した特定時間帯で使用する電力量を基に、前記それぞれの家庭の残余電力量を算出することを特徴とする。
前記特定時間帯は、電力使用量がピークである時間であることを特徴とする。
前記制御方法は、前記それぞれの家庭での前記特定時間帯での実際電力使用量をモニタリングする段階と、前記モニタリングした実際電力使用量と前記算出した残余電力量とを比較する段階と、前記比較結果によって、前記共同負荷に供給する電力量である制御データを生成する段階と、をさらに含むことを特徴とする。
前記制御方法は、前記実際電力使用量が、前記算出した残余電力量より多い場合、前記共同負荷に供給する電力量を減少させた制御データを生成することを特徴とする。
前記制御方法は、前記電力使用量データ及び前記共同負荷の電力消耗量をリアルタイムでモニタリングする段階をさらに含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態による共同住宅のエネルギー保存システムは、各家庭に備わっているエネルギー保存システムで保存された残余電力を共同負荷に供給することによって、電力消費を効率的に遂行することができる。
特に、電力消費が多い時間帯で公共住宅の主要設備に電力を安定して供給できる。
本発明の一実施形態による系統連繋型エネルギー保存システムと接続された統合電力管理システムの概略図である。 図１に図示された系統連繋型エネルギー保存システムの概略図である。 図１に図示された系統連繋型エネルギー保存システムと、統合電力管理システムとの間の電力及び制御信号のフローチャートである。 図１に図示された統合電力管理システムの概略的なブロック図である。 本発明の他の実施形態による統合電力管理システムの制御方法について説明するためのフローチャートである。
以下、添付された図面を参照しながら、本発明の実施形態に係わる系統連繋型エネルギー保存システム及び統合電力管理システムについて詳細に説明する。本明細書に添付された図面において、事実上同じ機能を行う部材については、同じ図面符号を使用する。
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。下記の説明では、本発明の実施形態による動作を理解するのに必要な部分だけ説明し、それ以外の部分についての説明は、本発明の要旨を不明瞭にしないように、省略されうる。
また、以下で説明する本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、一般的であったり、辞典的な意味に限定して解釈されるものではなく、本発明を最も適切に表現できるように、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とで解釈されねばならない。
図１は、本発明の一実施形態による系統連繋型エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００と接続された統合電力管理システム５００の概略図である。
図１を参照すれば、共同住宅のそれぞれの家庭に備わったエネルギー保存システム１００，２００，３００，４００と、それぞれのエネルギー保存システムに接続された新再生可能電力発電システム（new and renewable power generation system）１３０，２３０，３３０，４３０が図示されている。なお、図１にあっては、新・再生発電システムと略記する。ここで、エネルギー保存システム１００，２００，３００，４００は、商用系統１４０と、それぞれの家庭の個別負荷１５０，２５０，３５０，４５０に接続される。
エネルギー保存システム１００，２００，３００，４００は、新再生可能電力発電システム１３０，２３０，３３０及び４３０にて発電された電力を変換し、商用系統１４０、個別負荷１５０，２５０，３５０及び４５０、共同負荷５５０に供給できる。また、新再生可能電力発電システム１３０、２３０、３３０及び４３０にて発電された電力を、それぞれの家庭のエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００のバッテリに保存することもでき、商用系統１４０から供給された電力を、負荷１５０，２５０，３５０及び４５０に供給したり、商用系統１４０から供給された電力を変換してエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００のバッテリに保存することも可能である。また、エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００のバッテリに保存された電力を変換し、商用系統１４０、負荷１５０，２５０，３５０及び４５０または共同負荷５５０に供給することもできる。
エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００は、統合電力管理システム５００と所定のネットワークを介して接続される。ここで、前記ネットワークは、有線通信網、無線通信網のいずれをも含む。エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００は、前記ネットワークを介して、共同住宅の統合電力管理システム５００に、商用系統１４０または個別負荷１５０，２５０，３５０及び４５０に供給された電力使用量データを伝送する。また、統合電力管理システム５００から伝送された制御データによって、共同負荷５５０に供給する電力量を制御する。
エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００の具体的な構成と機能は、図２及び３を参照しながら後述する。
統合電力管理システム５００は、それぞれの家庭に備わったエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００と接続される。統合電力管理システム５００は、各家庭に備わったエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００から、各家庭の電力使用量データを伝送される。ここで、電力使用量データは、各家庭で発電した電力、保存された電力または商用系統１４０から供給された電力を、個別負荷１５０，２５０，３５０及び４５０でどれほど消費したか、商用系統１４０にどれほど供給したか等によって決定される。
統合電力管理システム５００は、エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００から伝送された電力使用量データを受け取り、各家庭の残余電力量を算出する。ここで、残余電力量は、共同負荷５５０に供給できる各家庭の余分の電力量を意味する。共同負荷５５０は、共同住宅で共同に使用する負荷を意味し、例えば、エレベータ、団地内の照明、多様な共同設備をいずれも含む。また、このような共同負荷５５０への電力供給は、電力消耗がピークである時間帯、例えば、夕方の時間帯になされうる。このために、統合電力管理システム５００は、伝送された電力使用量データを基に、各家庭のピーク時間帯の電力使用量データを予測して算出することもできる。総合電力管理システム５００は、このような電力使用量データを基に、家庭の残余電力量を算出し、これをデータ化し、共同負荷５５０に供給する電力量である制御データを生成し、各家庭のエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００に伝送する。
また、統合電力管理システム５００は、各家庭の電力使用量データと、共同負荷５５０の電力消耗量とをリアルタイムでモニタリングし、これによる変動分または増加分を反映させ、各家庭のエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００の共同負荷５５０への電力供給量を調節できる。すなわち、ピーク時間帯の予測した各家庭の電力使用量データと、算出した残余電力量とを比較し、比較結果によって、共同負荷５５０に供給する電力量である制御データをさらに生成して伝送することによって、エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００から共同負荷５５０への電力供給量をリアルタイムでアップデートしたり等の処理を制御できる。例えば、特定家庭のピーク時間帯の予測した電力使用量が、算出した残余電力量より大きい場合、統合電力管理システム５００は、特定家庭に備わったエネルギー保存システムから共同負荷５５０に供給する電力量を減少させた制御データを生成して伝送する。特定家庭に備わったエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００は、以前に伝送された制御データを無視し、新たな制御データによって電力供給量を減らし、前記エネルギー保存システムに伝送する。
図２は、図１に図示された系統連繋型エネルギー保存システム１００の概略図である。
図２を参照すれば、電力管理システム１１０は、ＭＰＰＴ（maximum power point tracking）コンバータ１１１、双方向インバータ１１２、双方向コンバータ１１３、統合制御器１１４、ＢＭＳ（battery management system）２１５、第１スイッチ１１６、第２スイッチ１１７及びＤＣ（direct current）リンク部１１８を含んでなる。電力管理システム１１０は、バッテリ１２０、太陽電池１３１を含む太陽光発電システム（ＰＶ：photovoltaic）１３０、商用系統１４０及び負荷１５０に接続される。本発明の一実施形態で、電力管理システム１１０とバッテリ１２０とを含んで系統連繋型エネルギー保存システム１００を構成したが、使われた用語に限定されるものではなく、電力管理システム１１０とバッテリ１２０とが一体型に構成された電力管理システムまたは系統連繋型エネルギー保存システムでもありうる。
新再生可能電力発電システム１３０は、電気エネルギーを発電し、電力管理システム１１０に出力する。この実施形態にあっては、新再生可能電力発電システム１３０としては、太陽電池１３１が図示されているが、風力発電システム、潮力発電システムでもあり、それ以外に、太陽熱、地熱のような新再生可能エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する発電システムのうちのいずれを含でもよい。特に、太陽光を利用して電気エネルギーを生成する太陽電池は、各家庭または工場などに設置が容易であり、各家庭に分散された系統連繋型エネルギー保存システム１００に適用するのに適している。
商用系統１４０は、発電所、変電所、送電線などを具備している。この商用系統１４０は、正常状態であるとき、第１スイッチ１１６及び第２スイッチ１１７のオン／オフによって、保存装置（バッテリ）１２０または負荷１５０に電力を供給し、さらに新再生可能電力発電システム１３０やバッテリ１２０から供給された電力が入力される。商用系統１４０が異常状態、例えば、停電、電気工事などによる非正常状態である場合、商用系統１４０からバッテリ１２０または負荷１５０への電力供給は中断され、新再生可能電力発電システム１３０やバッテリ１２０からの商用系統１４０への電力供給も中断される。
負荷１５０は、新再生可能電力発電システム１３０により発電された電力、バッテリ１２０に保存された電力、または商用系統１４０から供給された電力を消費するものであり、例えば、家庭、工場に取り付けられた装置、システム等でありうる。
共同負荷５５０は、共同住宅で共同に使用する負荷であり、例えば、エレベータ、共同照明、公共設備をいずれも含む。共同負荷５５０への電力供給は、統合制御器１１４の制御によってなされる。統合制御器１１４は、統合電力管理システム５００から伝送された制御データによって、共同負荷５５０への電力供給を制御する。
ＭＰＰＴコンバータ１１１は、新再生可能電力発電システム１３０を構成する太陽電池１３１から出力されたＤＣ電圧を、第１ノードＮ１に伝送されるようにＤＣ電圧に変換する。また、太陽電池１３１の出力が日射量及び温度による気候変化と負荷条件とによって特性が変わるために、ＭＰＰＴコンバータ１１１は、太陽電池１３１が最大に電力を生産するように太陽電池１３１を制御する。すなわち、ＭＰＰＴコンバータ１１１は、太陽電池１３１の出力ＤＣ電圧を昇圧させてＤＣ電圧を出力するブースト（boost）ＤＣ−ＤＣコンバータ機能とＭＰＰＴ制御機能とを共に行う。例えば、ＭＰＰＴ出力ＤＣ電圧の範囲は、３００乃至６００Ｖでありうる。また、日射量、温度などの変化によって、太陽電池１３１の最大電力出力電圧を追従するＭＰＰＴ制御を行う。例えば、Ｐ＆Ｏ（perturbation and observation）制御、ＩｎｃＣｏｎｄ（incremental conductance）、電力対電圧制御などを使用できる。Ｐ＆Ｏ制御は、太陽電池の電力と電圧とを測定し、指令電圧を増加または減少させるものである。ＩｎｃＣｏｎｄ制御は、太陽電池の出力コンダクタンスと増分コンダクタンスとを比較して制御するものである。電力対電圧制御は、電力対電圧の勾配を利用して制御するものである。前述のＭＰＰＴ制御以外に、他のＭＰＰＴ制御技法を適用できることは、言うまでもない。
ＤＣリンク部１１８は、第１ノードＮ１と双方向インバータ１１２との間に並列に接続される。ＤＣリンク部１１８は、ＭＰＰＴコンバータ１１１から出力されたＤＣ電圧を、ＤＣリンク電圧、例えば、ＤＣ ３８０Ｖ電圧に維持させ、双方向インバータ１１２や双方向コンバータ１１３に供給する。ここで、ＤＣリンク部１１８は、アルミニウム電解キャパシタ（electrolytic capacitor）、高圧用フィルムキャパシタ（polymer capacitor）、高圧大電流用積層チップキャパシタ（ＭＬＣＣ：multi layer ceramic capacitor）を使用できる。第１ノードＮ１は、太陽電池１３１のＤＣ出力電圧変動、商用系統１４０の瞬時電圧降下、または負荷１５０でのピーク負荷発生などによって、その電圧レベルが不安定になりうる。従って、ＤＣリンク部１１８は、双方向コンバータ１１３及び双方向インバータ１１２の正常動作のために、安定化したＤＣリンク電圧を提供する。図２に図示された実施形態では、ＤＣリンク部１１８が別途に備わった実施形態を図示しが、双方向コンバータ１１３、双方向インバータ１１２、またはＭＰＰＴコンバータ１１１内に含まれて具現されてもよい。
双方向インバータ１１２は、第１ノードＮ１と商用系統１４０との間に接続される。双方向インバータ１１２は、ＭＰＰＴコンバータ１１１の出力ＤＣ電圧と、双方向コンバータ１１３の出力ＤＣ電圧とを、商用系統１４０または負荷１５０のＡＣ（alternating current）電圧に変換し、商用系統１４０から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、第１ノードＮ１に伝達する。すなわち、双方向インバータ１１２は、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータ機能と、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する整流機能とを共に行う。
双方向インバータ１１２は、商用系統１４０から第２スイッチ１１７及び第１スイッチ１１６を介して入力されるＡＣ電圧を、バッテリ１２０に保存するためのＤＣ電圧に整流して出力すると共に太陽光発電システム１３０またはバッテリ１２０によって出力されたＤＣ電圧を、商用系統１４０のＡＣ電圧に変換して出力する。このとき、商用系統１４０に出力されるＡＣ電圧は、商用系統１４０の電力品質基準、例えば、力率（power factor）０．９以上、ＴＨＤ（total harmonic distortion）５％以内に合わせねばならず、このために双方向インバータ１１２は、出力ＡＣ電圧の位相を商用系統１４０の位相と同期化させて無効電力の発生を抑制し、ＡＣ電圧レベルを調節しなければならない。また、双方向インバータ１１２は、商用系統１４０に出力されるＡＣ電圧から高調波（harmonic）を除去するためのフィルタを含み、電圧変動範囲制限、力率改善、ＤＣ成分除去、過度現象（transient phenomena）保護のような機能を行うことができる。
本発明の一実施形態による双方向インバータ１１２は、発電システム１３０またはバッテリ１２０のＤＣ電力を、商用系統１４０、負荷１５０または共同負荷５５０に供給するためのＡＣ電力に変換するインバータ機能と、商用系統１４０から供給されるＡＣ電力をバッテリ１２０に供給するためのＤＣ電力に変換する整流機能とを共に行う。
双方向コンバータ１１３は、第１ノードＮ１とバッテリ１２０との間に接続され、第１ノードのＤＣ電圧をバッテリ１２０に保存するためのＤＣ電圧に変換する。また、バッテリ１２０に保存されたＤＣ電圧を第１ノードＮ１に伝達するためのＤＣ電圧レベルに変換する。例えば、双方向コンバータ１１３は、太陽光発電システム１３０で発電されたＤＣ電力をバッテリ１２０に充電する場合、または商用系統１４０から供給されたＡＣ電力をバッテリ１２０に充電する場合、すなわち、バッテリ充電モードであるとき、第１ノードＮ１のＤＣ電圧レベル、またはＤＣリンク部１１８で維持されるＤＣリンク電圧レベル、例えば、ＤＣ ３８０Ｖの電圧をバッテリ保存電圧、例えば、ＤＣ １００Ｖに減圧するコンバータとして動作する。また、双方向コンバータ１１３は、バッテリ１２０に充電された電力を商用系統１４０に供給したり、負荷１５０または共同負荷５５０に供給する場合、すなわち、バッテリ放電モードであるとき、バッテリ保存電圧、例えば、ＤＣ １００Ｖ電圧を、第１ノードＮ１のＤＣ電圧レベル、またはＤＣリンク電圧レベル、例えば、ＤＣ ３８０Ｖ電圧に昇圧するコンバータとして動作する。つまり、本発明の一実施形態による双方向コンバータ１１３は、太陽光発電システム１３０で発電されたＤＣ電力、または商用系統１４０から供給されたＡＣ電力を変換したＤＣ電力を、バッテリ１２０に保存するためのＤＣ電力に変換すると共にバッテリ１２０に保存されたＤＣ電力を、商用系統１４０、負荷１５０または共同負荷５５０に供給するために、双方向インバータ１１２に入力するＤＣ電力に変換する。
バッテリ１２０は、太陽光発電システム１３０または商用系統１４０から供給された電力を保存する。バッテリ１２０は、複数のバッテリセルが直列または並列に連結され、容量及び出力を増大させることができるように構成され、バッテリ１２０の充電または放電の動作は、ＢＭＳ １１５や統合制御器１１４によって制御される。バッテリ１２０は、多種のバッテリセルによって具現され、例えば、ニッケル−カドミウム電池（nickel-cadmium battery）、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池（ＮｉＭＨ：nickel metal hydride battery）、リチウム−イオン電池（lithium ion battery）、リチウムポリマー電池（lithium polymer battery）などでありうる。バッテリ１２０を構成するバッテリセルの個数は、系統連繋型エネルギー保存システム１００で要求される電力容量、設計条件などによって決定されうる。
ＢＭＳ １１５は、バッテリ１２０に連結され、統合制御器１１４の制御によって、バッテリ１２０の放電動作を制御する。バッテリ１２０から双方向コンバータ１１３への放電電力、及び双方向コンバータ１１３からバッテリ１２０への充電電力は、ＢＭＳ １１５を介して伝えられる。また、ＢＭＳ １１５は、バッテリ１２０を保護するために、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過熱保護機能、セル・バランシング（cell balancing）機能などを行うことができる。このためにＢＭＳ １１５は、バッテリ１２０の電圧、電流、温度（Ｖ．Ｉ．Ｔ．）を検出し、ＳＯＣ（state of charge）及びＳＯＨ（state of health）を計算し、これによる残余電力量、寿命（life time）などをモニタリングできる。
ＢＭＳ １１５は、バッテリ１２０の電圧、電流、温度を検出するセンシング機能（センサ）と、該センサによる過充電、過放電、過電流、セル・バランシング、ＳＯＣ、ＳＯＨを判断するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータの制御信号によって、充放電禁止、ヒューズ溶断（breaking）、冷却などの機能を行う保護回路とを含むことができる。図２に図示されているように、ＢＭＳ １１５は、電力管理システム１１０に含まれ、バッテリ１２０と分離して構成されているが、ＢＭＳ １１５とバッテリ１２０とが一体に構成されたバッテリパックとして構成されうることは、言うまでもない。また、ＢＭＳ １１５は、統合制御器１１４の制御によって、バッテリ１２０の充電または放電動作を制御し、バッテリ１２０の状態情報、例えば、ＳＯＣを介して算出された充電電力量に係わる情報を統合制御器１１４に伝送する。
第１スイッチ１１６は、双方向インバータ１１２と第２ノードＮ２との間に接続される。第２スイッチ１１７は、第２ノードＮ２と商用系統１４０との間に接続される。第１スイッチ１１６と第２スイッチ１１７は、統合制御器１１４の制御によって、オン（on）またオフ（off）にされる開閉器を使用できる。該スイッチ１１６及び１１７は、太陽光発電システム１３０またはバッテリ１２０の電力の、商用系統１４０または負荷１５０への供給または遮断、商用系統１４０からの負荷１５０またはバッテリ１２０への電力供給または遮断の機能を行う。例えば、太陽光発電システム１３０で発電した電力、またはバッテリ１２０に保存された電力を商用系統１４０に供給する場合、統合制御器１１４は、第１スイッチ１１６及び第２スイッチ１１７をターンオンさせるが、負荷１５０にだけ供給する場合には、第１スイッチ１１６をターンオンさせ、第２スイッチ１１７をターンオフさせる。また、商用系統１４０の電力を負荷１５０にのみ供給する場合には、第１スイッチ１１６をターンオフさせ、第２スイッチ１１７をターンオンさせる。
第２スイッチ１１７は、統合制御器１１４の制御によって、商用系統１４０に異常状況が発生した場合にあって、例えば、停電や配電線修理が必要な場合に、商用系統１４０への電力供給を遮断し、エネルギー保存システムの単独運転を行う。このとき、統合制御器１１４は、電力管理システム１１０を商用系統１４０と分離させ、商用系統１４０での線路を維持したり、補修者の感電のような近距離接近事故が発生することを防止し、商用系統１４０が非正常状態で動作して電気設備に悪影響を与えることを防止する。また、商用系統１４０が非正常状態であるの単独運転状況、すなわち、太陽光発電システム１３０で発電された電力またはバッテリ１２０に保存された電力を負荷１５０に供給している状況にて、商用系統１４０が復旧されると商用系統１４０の電圧と、単独運転状態のバッテリ１２０の出力電圧との間に位相誤差が発生し、電力管理システム１１０に損傷が発生する虞があるが、統合制御器１１４は、このような問題点を防止するために、単独運転防止制御を行う。
統合制御器１１４は、電力管理システム１１０またはエネルギー保存システム１００の全般的な動作を制御する。統合制御器１１４は、統合電力管理システム５００とネックワークを介して通信できる通信モジュールを具備する。統合制御器１１４は、エネルギー保存システム１００の電力使用量データ、すなわち、商用系統１４０に供給したり、負荷１５０で消費した電力量を統合電力管理システム５００に伝送する。また、統合電力管理システム５００から伝送された制御データによって、共同負荷５５０に供給する電力量を調節する。統合制御器１１４は、特定時間帯、例えば、共同負荷５５０に電力を供給する時間帯での実際家庭内での電力消費量を、統合電力管理システム５００に伝送する。従って、統合電力管理システム５００は、リアルタイムで各家庭の電力消費量をモニタリングし、各家庭での共同負荷５５０への電力供給量を調節できる。
図３は、図１に図示された系統連繋型エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００と、統合電力管理システム５００との間の電力及び制御信号のフローチャートである。
図３に図示されているように、ＭＰＰＴコンバータ１１１で変換されたＤＣレベルの電圧が、双方向インバータ１１２と双方向コンバータ１１３とに供給され、供給されたＤＣレベルの電圧が双方向インバータ１１２でＡＣ電圧に変換され、商用系統１４０に供給されたり、双方向コンバータ１１３でバッテリ１２０に保存するＤＣ電圧に変換され、ＢＭＳ １１５を介してバッテリ１２０に充電される。バッテリ１２０に充電されたＤＣ電圧は、双方向コンバータ１１３で、双方向インバータ１１２への入力ＤＣ電圧レベルに変換され、さらに双方向インバータ１１２で、商用系統の基準に合うＡＣ電圧に変換されて商用系統１４０に供給される。
統合制御器１１４は、系統連繋型エネルギー保存システム１００の全体的な動作を制御し、システムの運転モード、例えば、発電された電力を系統に供給するか否か、負荷に供給するか否か、バッテリに保存するか否か、系統から供給された電力をバッテリに保存するか否かなどを決定する。
統合制御器１１４は、ＭＰＰＴコンバータ１１１、双方向インバータ１１２、双方向コンバータ１１３それぞれのスイッチング動作を制御する制御信号を伝送する。ここで、制御信号は、それぞれのコンバータまたはインバータの入力電圧によるデューティ比最適制御を介して、コンバータまたはインバータの電力変換による損失を最小化する。このために、統合制御器１１４は、ＭＰＰＴコンバータ１１１、双方向インバータ１１２、双方向コンバータ１１３のそれぞれの入力端で、電圧、電流、温度を感知した信号を提供され、かような感知信号を基に、コンバータ制御信号とインバータ制御信号とを伝送する。
統合制御器１１４は、商用系統１４０から系統状況による情報、系統の電圧、電流、温度などを含む系統情報を提供される。統合制御器１１４は、かような系統情報によって、商用系統１４０の異常状況発生の有無、復電の可否などを判断し、商用系統１４０への電力供給の遮断制御、復電後の系統連繋時の双方向インバータ１１２の出力と、商用系統１４０の供給電力とのマッチング制御を介して、単独運転防止制御を行う。
統合制御器１１４は、ＢＭＳ １１５との通信を介して、バッテリ状態信号、すなわち、バッテリの充放電状態信号を伝送され、これを基に、全体システムの運転モードを判断する。また、運転モードによって、バッテリの充放電制御信号をＢＭＳ １１５に伝送し、ＢＭＳ １１５は、これによってバッテリ１２０の充放電を制御する。
統合制御器１１４は、統合電力管理システム５００と通信し、電力使用量データ、実際電力消費量を伝送し、統合電力管理システム５００から、共同負荷５５０に供給する電力量に係わる制御データを伝送され、共同負荷５５０への電力供給を調節する。
図４は、図１に図示された統合電力管理システム５００の概略的なブロック図である。
図４を参照すれば、統合電力管理システム５００は、マイクロコンピュータ５１０、モニタリング部５１１、電力使用量算出部５１２、残余電力量算出部５１３及びデータ送受信部５１４を含んでなる。
マイクロコンピュータ５１０は、統合電力管理システム５００の全般的な動作を制御する。
モニタリング部５１１は、各家庭に備わったエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００の電力使用量データ、電力消費量、共同負荷５５０の実際電力消費量をリアルタイムでモニタリングする。
データ送受信部５１４は、各家庭のエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００の統合制御器１１４，２１４，３１４及び４１４と通信し、共同負荷５５０に供給する電力量を制御するためのデータを送受信する。
電力使用量算出部５１２は、統合制御器１１４，２１４，３１４及び４１４から伝送された電力使用量データから、各家庭の電力使用量を計算する。
残余電力量算出部５１３は、電力使用量からエネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００から共同負荷５５０に供給できる残余電力量を計算する。
マイクロコンピュータ５１０は、残余電力量をデータ化し、エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００の統合制御器１１４，２１４，３１４及び４１４にそれぞれ伝送し、共同負荷５５０への電力供給を制御する。また、特定時間帯でのそれぞれの家庭での実際電力使用量をモニタリングし、特定時間帯に家庭で使用する電力使用量と算出した残余電力量とを比較し、比較結果によって、共同負荷５５０に供給する電力量である制御データを生成し、それぞれの家庭のエネルギー保存システムに伝送するように制御する。すなわち、特定時間帯に家庭で使用する電力使用量が、算出した残余電力量より大きい場合、共同負荷５５０に供給する電力量を減少させた制御データを生成し、エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００に伝送する。
また、複数の共同負荷５５０に優先順位を付与し（例えば、共同負荷１ ５５１、共同負荷２ ５５２、共同負荷３ ５５３）、使用頻度が高い共同負荷５５０に優先的に電力供給を行える。また、それぞれの家庭から共同負荷５５０に供給される電力は、エネルギー保存システム１００，２００，３００及び４００と統合電力管理システム５００との間に備わった双方向電力計を介して、賦課される電気料金から差し引かれるように構成することも可能である。
図５は、本発明の他の実施形態による統合電力管理システム５００の制御方法について説明するためのフローチャートである。図２に構成を示した統合制御器が各部を制御しながら行う各段階を示す。
図５を参照すれば、段階６００で、各家庭の電力使用量データを伝送する。段階６０２で、一定時間に各家庭で使用する電力量を算出する。段階６０４で、各家庭から共同負荷に供給する電力量を算出する。段階６０６で、各家庭の残余電力量データを伝送する。段階６０８で、前記算出された電力量データを基に、各家庭から共同負荷に電力を供給する。段階６１０で、一定時間中の各家庭で使用する電力使用量と以前に伝送された残余電力量とを比較する。段階６１２で、一定時間中の電力使用量が残余電力量より多い場合には、共同負荷に供給される電力量を減らすように制御する。
段階６１０で、一定時間中の各家庭で使用する電力量が残余電力量より少ない場合には、段階６０８に戻り、残余電力量を基に、共同負荷に電力供給を続ける。ここで、各家庭の電力消費量または共同負荷の電力消耗量をリアルタイムでモニタリングし、共同負荷への電力供給を制御することもできる。
本発明は、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
１００，２００，３００，４００ エネルギー保存システム
１１０ 電力管理システム
１１１ ＭＰＰＴコンバータ
１１２ 双方向インバータ
１１３ 双方向コンバータ
１１４，２１４，３１４，４１４ 統合制御器
１１５ ＢＭＳ
１１６ 第１スイッチ
１１７ 第２スイッチ
１１８ ＤＣリンク部
１２０ バッテリ
１３０，２３０，３３０，４３０ 新・再生発電システム
１３１ 太陽電池
１４０ 商用系統
１５０，２５０，３５０，４５０ 負荷
５００ 統合電力管理システム
５１０ マイクロコンピュータ
５１１ モニタリング部
５１２ 電力使用量算出部
５１３ 残余電力量算出部
５１４ データ送受信部
５５０ 共同負荷
５５１ 共同負荷１
５５２ 共同負荷２
５５３ 共同負荷３
Ｎ１ 第１ノード
Ｎ２ 第２ノード

Claims (18)

  1. 共同住宅をなす複数の家庭の各家庭に備わっている、新再生可能電力発電システムから発電された電力を変換し、商用系統、負荷または共同負荷に供給したりバッテリに保存し、前記商用系統から供給された電力を前記負荷に供給したり、前記供給された電力を変換して前記バッテリに保存し、前記バッテリに保存された電力を変換し、前記商用系統、前記負荷または前記共同負荷に供給するエネルギー保存システムであって、
    所定のネットワークで共同住宅の統合電力管理システムと接続され、電力使用量データを前記統合電力管理システムに供給し、前記統合電力管理システムから伝送される制御データによって、前記共同負荷への電力供給を制御し、
    前記電力使用量データは、前記新再生可能電力発電システムからの発電電力、前記商用系統からの系統電力、及び／又は前記バッテリに保存された保存電力を個別の前記負荷にて消費する消費電力量と、前記発電電力、及び／又は前記保存電力を前記商用系統に供給する供給電力量に基づいて算出され、
    前記統合電力管理システムが前記電力使用量データを基に前記共同負荷に供給できる各家庭の余分の電力量を意味する残余電力量を算出し、この残余電力量と、特定時間帯に家庭で使用する電力使用量とを比較することによって前記各家庭から前記共同負荷に供給される電力量に関する情報である前記制御データが前記統合電力管理システムにて生成され、前記所定のネットワークを介して伝送される共同住宅のエネルギー保存システム。
  2. 前記新再生可能電力発電システムから発電された電力を変換するＭＰＰＴコンバータと、
    前記発電電力または保存電力を変換したり、前記商用系統から供給された電力を変換する双方向インバータと、
    前記保存電力を変換したり、前記発電電力または前記商用系統から供給された電力を変換する双方向コンバータと、
    前記発電電力または前記商用系統から供給された電力を保存するバッテリと、
    前記ＭＰＰＴコンバータ、前記双方向インバータ、エネルギー保存システムの動作を制御し、所定のネットワークを介して接続された前記統合電力管理システムに、前記商用系統または前記負荷に供給された電力使用量データを伝送し、前記統合電力管理システムの制御データによって、前記共同負荷への電力供給を制御する統合制御器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の共同住宅のエネルギー保存システム。
  3. 前記制御データは、前記統合電力管理システムでリアルタイムにアップデートされて伝送されることを特徴とする請求項１に記載の共同住宅のエネルギー保存システム。
  4. 前記新再生可能電力発電システムは、太陽光発電システムであることを特徴とする請求項１に記載の共同住宅のエネルギー保存システム。
  5. 共同住宅をなす複数の家庭の各家庭に備わった、新再生可能電力発電システムから発電された電力を変換し、商用系統、負荷または共同負荷に供給したりバッテリに保存し、前記商用系統から供給された電力を前記負荷に供給したり、前記供給された電力を変換して前記バッテリに保存し、前記バッテリに保存された電力を変換し、前記商用系統、前記負荷または前記共同負荷に供給するエネルギー保存システムと所定のネットワークを介して接続される統合電力管理システムであって、
    前記エネルギー保存システムから、前記新再生可能電力発電システムからの発電電力、前記商用系統からの系統電力、及び／又は前記バッテリに保存された保存電力を個別の前記負荷にて消費する消費電力量と、前記発電電力、及び／又は前記保存電力を前記商用系統に供給する供給電力量に基づいて前記エネルギー保存システムにて算出される電力使用量データを伝送され、
    前記電力使用量データを基に前記共同負荷に供給できる各家庭の余分の電力量を意味する残余電力量を算出し、この残余電力量と、特定時間帯に家庭で使用する電力使用量とを比較することによって前記各家庭から前記共同負荷に供給される電力量に関する情報である制御データを生成し、この制御データを前記所定のネットワークを介して前記エネルギー保存システムに伝送する、
    統合電力管理システム。
  6. 前記統合電力管理システムは、
    前記電力使用量データ及び前記共同負荷の電力消耗量をリアルタイムでモニタリングすることを特徴とする請求項５に記載の統合電力管理システム。
  7. 前記それぞれの家庭に備わったエネルギー保存システムからそれぞれの家庭の電力使用量データを伝送され、前記それぞれの家庭の残余電力量を算出し、それぞれの家庭のエネルギー保存システムから前記共同負荷に供給する電力量に関する情報である制御データをそれぞれ生成し、前記それぞれの家庭に備わったエネルギー保存システムに伝送することを特徴とする請求項５に記載の統合電力管理システム。
  8. 前記伝送された電力使用量データを基に、特定時間帯でそれぞれの家庭で使用する電力使用量を予測することを特徴とする請求項５に記載の統合電力管理システム。
  9. 前記特定時間帯は、
    電力使用量がピークである時間であることを特徴とする請求項８に記載の統合電力管理システム。
  10. 前記特定時間帯でそれぞれの家庭で使用が予測される予測電力使用量と前記算出した残余電力量とを比較し、前記比較結果によって、前記共同負荷に供給する電力量に関する情報である制御データを生成し、前記それぞれの家庭のエネルギー保存システムに伝送することを特徴とする請求項８に記載の統合電力管理システム。
  11. 前記予測電力使用量が、前記算出した残余電力量より多い場合、前記共同負荷に供給する電力量を減少させるための制御データを生成し、前記エネルギー保存システムに伝送することを特徴とする請求項１０に記載の統合電力管理システム。
  12. 共同住宅をなす複数の家庭の各家庭に備わった、新再生可能電力発電システムから発電された電力を変換し、商用系統、負荷または共同負荷に供給したりバッテリに保存し、前記商用系統から供給された電力を前記負荷に供給したり、前記供給された電力を変換して前記バッテリに保存し、前記バッテリに保存された電力を変換し、前記商用系統、前記負荷または前記共同負荷に供給するエネルギー保存システムと所定のネットワークを介して接続された統合電力管理システムの制御方法であり、
    前記新再生可能電力発電システムからの発電電力、前記商用系統からの系統電力、及び／又は前記バッテリに保存された保存電力を個別の前記負荷にて消費する消費電力量と、前記発電電力、及び／又は前記保存電力を前記商用系統に供給する供給電力量とによって前記エネルギー保存システムにて算出される電力使用量データを前記エネルギー保存システムから伝送される段階と、
    前記伝送された電力使用量データを基に、前記共同負荷に供給できる各家庭の余分の電力量を意味する残余電力量を算出する段階と、
    この残余電力量と、特定時間帯に家庭で使用する電力使用量とを比較することによって前記各家庭から前記共同負荷に供給される電力量に関する情報である制御データを生成する段階と、
    前記生成した制御データを前記それぞれの家庭のエネルギー保存システムに伝送する段階と、を含む統合電力管理システムの制御方法。
  13. 前記伝送した制御データによって、前記それぞれの家庭に備わったエネルギー保存システムの電力が、前記共同負荷に供給されることを特徴とする請求項１２に記載の統合電力管理システムの制御方法。
  14. 前記伝送された電力使用量データを基に、それぞれの家庭で特定時間帯に使用する電力使用量を予測する段階をさらに含み、
    前記制御データを生成する段階において、
    前記特定時間帯での予測電力使用量と前記残余電力量を基に、前記エネルギー保存システムから前記共同負荷に供給する電力量が算出されることを特徴とする請求項１２に記載の統合電力管理システムの制御方法。
  15. 前記特定時間帯は、
    電力使用量がピークである時間であることを特徴とする請求項１４に記載の統合電力管理システムの制御方法。
  16. 前記それぞれの家庭での前記特定時間帯での電力使用量をモニタリングする段階と、
    前記モニタリングした電力使用量から前記特定時間帯に使用される電力使用量を予測し、前記特定時間帯の予測電力使用量と前記算出した残余電力量とを比較する段階と、
    前記比較結果によって、前記共同負荷に供給する電力量に関する情報である前記制御データを生成する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の統合電力管理システムの制御方法。
  17. 前記特定時間帯の予測電力使用量が、前記算出した残余電力量より多い場合、前記共同負荷に供給する電力量を減少させるための制御データを生成することを特徴とする請求項１６に記載の統合電力管理システムの制御方法。
  18. 前記電力使用量データ及び前記共同負荷の電力消耗量をリアルタイムでモニタリングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の統合電力管理システムの制御方法。
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