JP6903531B2 - 分散型電源制御装置、分散型電源制御システム及び分散型電源制御方法 - Google Patents
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Description
一方、2017年度より電力送配電会社が主体となってデマンドレスポンス実施期間中における調整電力の公募が開始された。この調整電力として、コージェネレーションシステム、蓄電池といった分散型電源によって発電した電力を活用することが注目されている。
この特許文献1に記載の従来技術では、デマンドレスポンス実施期間において、需要家毎に予め設定されたベースラインに対して、使用電力量が下回る場合に、ベースラインと使用電力量との差分がネガワット量とみなされ、ネガワット量に応じてインセンティブが支払われる。
本発明の目的は、このような課題を解決することであり、具体的には、デマンドレスポンス実施期間中に、分散型電源を調整電力として活用できるか否かを判断し、調整電力として活用するように制御することにより、分散型電源を調整電力として活用できる可能性を高めることにある。
結果として、全ての需要家に要請することなく需要家を選択することで需要家の利便性を出来る限り損なわないようにすることができ、さらに、電力会社からのデマンドレスポンスの要請に的確に対応することができる。
アグリゲータが統括する全需要家を対象にすると、需要家に対する利便性を大きく損なうことになるのに対して、本発明では、デマンドレスポンスの要請に必要な調整電力に到達するように選択していることで、需要家の利便性を損なうことなく、デマンドレスポンスの要請に対応することができる。
本発明によれば、上記分散型電源制御システムは、運転制御決定手段により需要家毎に決定した運転制御方法を、指示手段により電源管理装置に対して指示する。このとき、必要に応じて、デマンドレスポンス実施予定期間に実行する運転制御方法に備えて、準備期間中の分散型電源の運転制御方法を決定し、この準備期間中の運転制御方法を電源管理装置に対して指示することで、分散型電源をより有効に活用することが可能となる。
先ず、図1を用いて、本実施の形態に係る分散型電源制御システムの全体構成を説明する。
分散型電源制御システム10は、複数の需要家200の各々に設置された電源管理装置210としてのHEMS(Home Energy Management System)と、各HEMSと接続された分散型電源制御装置40としての制御サーバとを備えている。
電源管理装置210としてのHEMSは、分散型電源の発電量や、負荷機器の電力使用量やガス使用量等のエネルギー使用量等をリアルタイムで把握し、モニター等で可視化して「見える化」し、一元的に管理して積極的に制御することが可能なものである。
また、需要家毎に、有している分散型電源の種類は異なっており、一つの分散型電源でも、複数の分散型電源でもよい。
このアグリゲータ30は、電源管理装置210としてのHEMSにネットワーク回線により接続されている制御サーバとしての分散型電源制御装置40を有している。
運転状態把握手段60が受信したデータは、運転状態把握手段60が有する記憶装置としての不揮発性メモリ44Dに過去のデータとして全て記憶される。これらのデータは、運転状態予測手段70により取り出され、運転状態を予測する際に利用される。
具体的には、需要家選択手段80は、DR実施予定期間において需要家200が有する分散型電源が調整電力を発生させる余地を有していると予測される場合には、当該需要家200を調整電力として活用可能な分散型電源を持つ需要家200として選択する。
一方、需要家200が有している分散型電源が、調整電力を発生させる余地を有していないと予測される場合には、調整電力を発生させる余地がないため、需要家選択手段80は、調整電力として活用可能な分散型電源を持つ需要家200としては選択しない。例えば、需要家200が有している分散型電源が蓄電池220であり、DR実施予定期間において定格放電をしていると予測される場合には、調整電力を発生させる余地を有していないと判断される。また、需要家200が有している分散型電源がPV230であり、DR実施予定期間において定格運転をしていると予測される場合には、調整電力を発生させる余地を有していないと判断される。
具体的には、運転制御決定手段90は、分散型電源の種類毎に予め定められた、調整電力として活用する際の単位電力あたりのコストに基づいて、複数種類の分散型電源の単体又は組み合わせによる運転制御方法の中から需要家200にとって最も有利な運転制御方法を決定する。
更に、指示手段100は、運転制御決定手段90により決定された準備期間中の分散型電源の運転制御方法を実行するように、電源管理装置210に対して指示する。
また、通信装置43は、電力会社20へ、DRの予定や、でDR実施予定期間における電力需要削減の予測内容の信号等を送信する送信手段としての機能を有する。
なお、ネガワット量の単位や、算出方法は特に限定されるものではなく、関係者同士の契約により自由に設定することができる。
先ず、電力会社からアグリゲータ30へDR要請があったときから、運転制御方法が決定されるまでの間の処理(1)〜(4)が行われる。
(1)電力会社20からDR要請をアグリゲータ30が受けると、DR実施予定期間が決定される。例えば、図5に示すような場合では、DR開始75が11時に設定され、DR終了76が17時に設定される。
(3)上記(2)の諸データの予測に基づき、DR実施予定期間の運転制御方法を決定する。
(4)上記(3)で決定した制御を行うための準備として、DR開始までに必要な制御方法を決定する。
(5)上述した(4)の決定に従い、制御方法決定からDR開始までのDR準備期間中の制御が行われる。
(6)上述した(3)の決定に従い、DR実施予定期間中の制御が行われる。
この場合の対象となる需要家200は、需要家選択手段80により選択され、DR実施予定期間中に蓄電池220の定格放電以外を行うと予測される需要家200である。
図8の左側にDRを行わないと仮定した場合のDR実施予定期間中の予測が記載され、図8の中央にDR準備期間中の制御が記載され、図8の右側にDR実施予定期間中の制御が記載されている。
また、図8の左側のDR実施予定期間の予測の充放電停止では、DR準備期間中の充電制御を経て、DR実施予定期間中に放電制御となる矢印A4がある。
なお、節電要請は、DR実施予定期間の予測の如何に関わらず、アグリゲータ30と需要家200との間の契約等により独立して検討される。
図9の左側にDRを行わない場合のDR実施予定期間中の予測が記載され、図9の中央にDR準備期間中の制御が記載され、図9の右側にDR実施予定期間中の制御が記載されている。
また、図9の左側のDR実施予定期間中の予測のCGS240の運転では、DR準備期間中にCGS240の運転継続が行われ、DR実施予定期間中ではCGS240の運転が行われる。
また、この(E)における制御フローの流れは、蓄電池220に関しては図8、CGS240に関しては図9と同様のものとなる。
この(F)の場合は、上述した(C)(D)(E)における説明の全てを組み合わせて制御することが可能となる。
(A)の蓄電池220単体では、図8で説明したように、A1の充電制御→充電制御、A2の充電制御→充放電停止、A3の充電制御→放電制御、A4の充放電停止→放電制御、A5の放電制御→放電制御の5タイプがある。
(B)のCGS240単体では、図9で説明したように、B1のCGS停止→CGS運転、B2のCGS運転→CGS運転の2タイプがある。
(C)の蓄電池220及びPV230の組み合わせでは、C1のA1+PV230から、C5のA5+PV230まで5タイプがある。
(E)の蓄電池220及びCGS240の組み合わせでは、E1のA1+B1から、E10のA5+B2まで10タイプがある。
(F)の蓄電池220、CGS240及びPV230の組み合わせでは、F1のA1+B1+PV230から、F10のA5+B2+PV230まで10タイプがある。
運転制御決定手段90は、運転状態予測手段70で予測したDR実施予定期間における分散型電源の運転状態に基づいて、調整電力として活用する際の単位電力あたりのコストを算出する。
運転制御決定手段90は、現在の運転状態と、予め契約時に登録されている分散型電源の機種や性能等の諸データにより予め組み込まれたプログラムにより適切な電力コストを算出することができるようになっている。
具体的には、例えば、図10において、電力コストとしてY4が最も需要家200にとって有利であると運転制御決定手段90が決定した場合は、DR実施予定期間中の運転制御方法はA4タイプに決定される。このA4タイプでは、図8に示すように、DR準備期間の運転制御方法として蓄電池220単体の充電制御による運転制御方法に決定されるものである。
先ず、ステップ110において、電力会社20からアグリゲータ30へDR要請があったか否かが判定される。DR要請が有りと判定された場合、次のステップ111へ進み、DR要請が無いと判定された場合、ステップ110の前に戻る。
ステップ117において、DR開始75の時刻であるか否かが判定される。当該時刻であると判定された場合、次のステップ118へ進み、当該時刻でないと判定された場合、ステップ116に戻る。
ステップ119において、DR終了76の時刻であるか否かが判定される。当該時刻であると判定された場合、当該処理が終了し、当該時刻でないと判定された場合、ステップ118に戻る。
ステップ210において、運転制御決定手段90により、需要家200毎に選択可能な各タイプ(図10参照)の電力コストの算出処理が行われる。
具体的には、DRを行わないと仮定した場合のDR実施予定期間中の運転状態の予測があれば、各タイプ(図10参照)におけるDR実施予定期間中の運転状態により、タイプ毎に供給可能な電力(調整電力としてのタイプ別供給電力)を算出することができる。すなわち、DRを行わない場合の予測値と、タイプとにより供給できる電力(タイプ別供給電力)が算出される。例えば、蓄電池220において、運転状態の予測が充放電停止であって、A4タイプに決定された場合、定格放電が3kWである場合には、当該需要家200の供給できる調整電力としてのタイプ別供給電力は3kWとなる。また、当該運転に用いた機器の諸データから当該電力を供給するために必要となった必要経費を算出する。そして、(必要経費/タイプ別供給電力)の値により、当該タイプ毎の電力コストを算出することができる。
そして、次のステップ211に進む。
ステップ212において、各需要家200の調整電力の算出処理と、アグリゲータ30が管理する需要家200の合計調整電力の算出処理とが行われる。
ステップ213において、合計調整電力に加算した需要家200の抽出処理が行われる。そして、次のステップ214に進む。
結果として、全ての需要家200に要請することなく需要家200を選択することで需要家200の利便性を出来る限り損なわないようにすることができ、さらに、電力会社20からのDR要請に的確に対応することができる。
運転制御決定手段90は、分散型電源の種類毎に予め定められた、調整電力として活用する際の単位電力あたりのコストに基づいて、複数種類の分散型電源の単体又は組み合わせによる運転制御方法の中から需要家にとって最も有利な運転制御方法を決定している。需要家が複数の分散型電源を有する場合に、需要家自身がそれらの中で最も自己にとって有利な運転制御方法をその都度判断し決定するのは容易ではない。本実施の形態ではアグリゲータの運転制御決定手段90が需要家にとって最も有利な運転制御方法を決定し、決定された運転制御方法を指示手段が電源管理装置210に対して指示することで需要家の判断決定の負担を軽減し、調整電力のコストを最も低くすることができる。
また、CGS240とPV230との組み合わせの場合、CGS240によって、調整後ベースライン73に対するPV230の出力不足を補完することができる。
また、蓄電池220とCGS240との組み合わせの場合、商用電力系統からの受電電力と、CGS240による発電電力とを比較し、より安価な電力を蓄電池220に充電することができる。
また、蓄電池220、CGS240、及びPV230の組み合わせの場合、上記3つの組み合わせで説明した全ての効果を得ることができる。
本実施の形態では、需要家選択手段80は、DR実施予定期間中において活用可能な分散型電源を有する需要家200を先ず選択する。
そして、運転制御決定手段90は、選択した需要家200の各々について、分散型電源の運転制御方法を電力コストが最小となるように決定する。
そして、指示手段100は、需要家選択手段80が選択した需要家200の電源管理装置210に対して、運転制御決定手段90により決定された運転制御方法をデマンドレスポンスの実施予定期間において実行するように指示する。
図13の左側には、電力コスト順にソートする前の需要家200を区別するための需要家番号と、当該需要家200の最も有利な運転制御方法が得られると予測される電力コストと、当該需要家200の当該運転制御方法によって得ることができると予測される調整電力とが示されている。このソート前の電力コストの大小は何も調整されていない。
図14を用いて、図11のステップ114のDR実施予定期間中の運転制御方法等決定処理の流れをフローチャートで説明する。
ステップ310において、運転制御決定手段90により、需要家200毎に選択可能な各タイプの電力コストの算出処理が行われる。そして、次のステップ311に進む。
ステップ312において、各需要家200の調整電力の算出処理が行われる。
各需要家200の調整電力は、DRを行わないと仮定した場合のDR実施予定期間における運転状態の予測と、ステップ311で決定したDR実施予定期間中の運転制御方法であるタイプとにより算出される。そして、次にステップ313に進む。
そして、次のステップ315に進む。
なお、所定値は、DR要請の調整電力と完全に一致させてもよいが、DR要請の調整電力に所定の加算値を加えて余裕を持たせるようにしてもよい。
このステップ314及びステップ315の処理は、具体的には、図13では、合計調整電力は、最初はP9となり、P9が所定値に到達したか否かが判定され、到達していない場合に次は、P9+P7となり、このP9+P7が所定値に到達したか否かが判定され、到達していない場合に次は、P9+P7+P3となり、このP9+P7+P3が所定値に到達したか否かが判定されるような処理が、合計調整電力が所定値に到達するまで繰り返されるものである。
ステップ317において、抽出した需要家200に指示手段100によりDR指示処理が行われる。具体的には、DR開始75の時刻や、DR終了76の時刻や、DR準備期間やDR実施予定期間の運転制御方法等が報告されるものである。そして、当該処理が終了する。
アグリゲータ30が統括する全需要家200を対象にすると、需要家200に対する利便性を大きく損なうことになるのに対して、本実施の形態では、DR要請に必要な調整電力に到達するように需要家200を選択していることで、需要家200の利便性を損なうことなく、DRの実施予定期間を含む要請に対応することができる。
すなわち、需要家選択手段80は、需要家200毎の調整電力を加算した合計がDR要請に必要な調整電力に到達するまでに調整電力を加算した需要家200を選択している。
需要家200の調整電力のうち、単位電力あたりのコストが低い方から調整電力に利用されていることになる。これにより、必要な調整電力のコストを最も低くすることができる。調整電力のコストを最も低くすることは、需要家200にとっても、アグリゲータ30にとっても大きな利益となる。
その他の構成や、作用及び効果は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるため、それらの説明を省略する。
第2の実施の形態の図13では、各需要家200の電力コストの小さい順に各需要家200の調整電力を昇順ソート整列処理を行って、ソート後の調整電力を電力コストの小さい順に合計調整電力として加算していたのに対して、本実施の形態では、図15に示すように、各需要家200の調整電力の大きい順に各需要家200の調整電力を降順ソート整列処理を行って、ソート後の調整電力を調整電力の大きい順に合計調整電力として加算しているものである。
すなわち、図15のソート後の調整電力の大小は、P4>P1>P3>P5>P8>P18>P2>P9>・・・・・のようになるものである。
具体的には、需要家選択手段80は、需要家200毎の調整電力を大きい順に加算し、その加算した合計がアグリゲータ30に要請されたDRに必要な調整電力に到達するように需要家200を選択する。
図16を用いて、需要家200毎の調整電力を大きい順に加算する処理について説明する。
ステップ413において、各需要家200の調整電力が大きい順に降順ソート整列処理が行われる。具体的には、図15の左側のソート前から右側のソート後に移行するものであって、ソート後では調整電力の大きい順に上から並んだ状態となる。そして、次のステップ414に進む。
そして、次のステップ415に進む。
人的資源やエネルギー設備も不足している中小企業等の多数の小口需要家よりも、それらを潤沢に有してDRへの対応も十分可能な少数の大企業である大口需要家の方から調整電力を得ることで、多数の需要家200の利便性を損なうことを回避することができる。
その他の構成や、作用及び効果は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるため、それらの説明を省略する。
上述した第2の実施の形態では、各需要家200で最も電力コストが低いタイプを選択しているため、対象となった需要家200において、コストメリットが最大となった。
これにより、本実施の形態は、需要家200よりも、アグリゲータ30にとってコストメリットが最大となる。
具体的には、運転制御決定手段90が、各需要家200の各タイプにおいて、電力コストと、調整電力と、アグリゲータ30の支払額とを算出し、更に、対象となる全需要家200の全タイプ同士の全ての組み合わせ(当該需要家200が採用されない場合も含む)における調整電力の合計とアグリゲータ30の支払い額の合計とを算出する。
そして、調整電力の合計Q1〜Qnの中で、DR要請に必要な調整電力に達成している組み合わせを抽出し、その抽出した範囲の中でアグリゲータ30の支払い額の合計が最も小さい組み合わせを選択する。これにより、最終的にアグリゲータ30の支払い額が最小となる各需要家200のタイプ(運転制御方法)の組み合わせを決定することができる。
ステップ511において、運転制御決定手段90により、各需要家200において各タイプの調整電力の算出処理が行われる。
ステップ512において、運転制御決定手段90により、各需要家200において各タイプのアグリゲータ30の支払い額の算出処理が行われる。
具体的には、例えば、図18(B)で説明すると、調整電力の合計Q1〜Qnの中からDR要請に必要な所定値を超えるものを選択し、その選択した範囲(グループ)の中でアグリゲータの支払い額の合計が最小となる需要家及びそのタイプ(運転制御方法)を抽出する。
そして、次のステップ515に進む。
これにより、DR要請に対応することができると共に、全需要家200の全ての運転制御方法の組み合わせの中で、アグリゲータ30にとって最も有利な運転制御方法を決定することができ、アグリゲータ30のコストメリットを最大にすることができる。
また、上述した処理は、主として運転制御決定手段90が実施しているが、需要家選択手段80が実施してもよく、また、両者が組み合わさって実施してもよく、また、当該処理内容を実行する別の構成手段を設けてもよいものである。
アグリゲータ30は、電力会社20からの電力削減量に到達することができてDR要請に応答できた場合は、インセンティブとしての報酬を得ることができるが、電力削減量に到達することができずにDR要請に応答できなかった場合には、ペナルティ料金を電力会社に支払うことになる。このため、対象となる需要家200を適切に選択し、電力削減未達リスクを最小限に抑えるDRの実施計画(DRポートフォリオ選択)をすることが重要となる。上述した第1、第2、第3及び第4の実施の形態のように僅かな相違により、調整電力の集約の仕方を変更することが可能となり、DRの種々の実施計画を立案し、実行することが可能となる。これにより、アグリゲータ30は、DRに対応できる多くの需要家200を収集し、電力会社20からのDRの実施予定期間を含む要請に柔軟に対応することが可能となる。
30 アグリゲータ 40 分散型電源制御装置
41 入力装置 42 表示装置
43 通信装置 44A CPU
44B ROM 44C RAM
44D 不揮発性メモリ 45 I/O
46 バス 47 コンピュータ
47A 制御手段 60 運転状態把握手段
70 運転状態予測手段 71 暫定ベースライン
72 使用電力ライン 73 調整後ベースライン
74 ネガワット量 75 DR開始
76 DR終了 80 需要家選択手段
90 運転制御決定手段 100 指示手段
200 需要家 210 電源管理装置
220 蓄電池 230 PV
240 CGS
Claims (6)
- 電力を供給する電力会社からの電力需要削減の施策としてのデマンドレスポンスを請け負うアグリゲータに設置され、
複数の需要家の各々に設置された分散型電源の現在の運転状態を把握する運転状態把握手段と、
前記デマンドレスポンスの実施予定期間を含む要請に応じて、前記需要家毎の分散型電源の運転状態に関する過去の実績データに基づいて、前記デマンドレスポンスを行わないと仮定した場合の前記需要家毎の前記デマンドレスポンスの実施予定期間における前記分散型電源の運転状態を予測可能な運転状態予測手段と、
前記運転状態予測手段で予測した前記デマンドレスポンスの実施予定期間における前記分散型電源の運転状態に基づいて、前記デマンドレスポンスのための調整電力として活用可能な前記分散型電源を持つ需要家を選択する需要家選択手段と、
前記運転状態予測手段で予測した前記デマンドレスポンスの実施予定期間における前記分散型電源の運転状態に基づいて、前記選択された需要家の、前記調整電力として活用可能な前記分散型電源の運転制御方法を決定する運転制御決定手段と、
前記運転制御決定手段により決定された前記運転制御方法を前記デマンドレスポンスの実施予定期間において実行するように、前記選択された需要家の前記分散型電源を管理する電源管理装置に対して指示する指示手段と、
を備え、
前記運転制御決定手段は、
前記選択された需要家の、前記調整電力として活用可能な前記分散型電源について、前記デマンドレスポンスの要請後から前記デマンドレスポンスの実施予定期間が開始されるまでの準備期間中の前記分散型電源の前記運転制御方法を更に決定し、
前記指示手段は、
更に、前記運転制御決定手段により決定された前記準備期間中の前記分散型電源の前記運転制御方法を実行するように、前記電源管理装置に対して指示することを特徴とする分散型電源制御装置。 - 前記運転制御決定手段は、
複数種類の前記分散型電源の単体又は組み合わせによる前記運転制御方法の中から前記需要家にとって最も有利な前記運転制御方法を決定可能にしたことを特徴とする請求項1に記載の分散型電源制御装置。 - 前記運転制御決定手段は、
前記分散型電源の種類毎に予め定められた、前記調整電力として活用する際の単位電力あたりのコストに基づいて、複数種類の前記分散型電源の単体又は組み合わせによる前記運転制御方法の中から前記需要家にとって最も有利な前記運転制御方法を決定することを特徴とする請求項2に記載の分散型電源制御装置。 - 前記需要家選択手段は、
前記需要家毎に調達される前記調整電力の合計が、前記デマンドレスポンスの要請における必要な前記調整電力に到達するように前記需要家を選択することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の分散型電源制御装置。 - 複数の需要家の各々に設置され、前記需要家の分散型電源を管理する電源管理装置と、
電力を供給する電力会社からの電力需要削減の施策としてのデマンドレスポンスを請け負うアグリゲータに設置され、複数の需要家の各々に設置された分散型電源の現在の運転状態を把握する運転状態把握手段と、前記デマンドレスポンスの実施予定期間を含む要請に応じて、前記需要家毎の分散型電源の運転状態に関する過去の実績データに基づいて、前記デマンドレスポンスを行わないと仮定した場合の前記需要家毎の前記デマンドレスポンスの実施予定期間における前記分散型電源の運転状態を予測可能な運転状態予測手段と、前記運転状態予測手段で予測した前記デマンドレスポンスの実施予定期間における前記分散型電源の運転状態に基づいて、前記デマンドレスポンスのための調整電力として活用可能な前記分散型電源を持つ需要家を選択する需要家選択手段と、前記運転状態予測手段で予測した前記デマンドレスポンスの実施予定期間における前記分散型電源の運転状態に基づいて、前記選択された需要家の、前記調整電力として活用可能な前記分散型電源の運転制御方法を決定する運転制御決定手段と、前記運転制御決定手段により決定された前記運転制御方法を前記デマンドレスポンスの実施予定期間において実行するように、前記選択された需要家の前記電源管理装置に対して指示する指示手段と、を備え、
前記運転制御決定手段は、
前記選択された需要家の、前記調整電力として活用可能な前記分散型電源について、前記デマンドレスポンスの要請後から前記デマンドレスポンスの実施予定期間が開始されるまでの準備期間中の前記分散型電源の前記運転制御方法を更に決定し、
前記指示手段は、
更に、前記運転制御決定手段により決定された前記準備期間中の前記分散型電源の前記運転制御方法を実行するように、前記電源管理装置に対して指示する分散型電源制御装置と、
を備えたことを特徴とする分散型電源制御システム。 - 請求項1、2、3又は4に記載の前記分散型電源制御装置により、
前記電力会社からの前記デマンドレスポンスが要請されると、前記調整電力として活用可能な前記分散型電源を持つ前記需要家を選択すると共に、前記選択された需要家の、前記調整電力として活用可能な前記分散型電源の運転制御方法を決定し、選択された前記需要家の前記分散型電源を管理する前記電源管理装置に対して前記デマンドレスポンスの実施予定期間において前記運転制御方法を実行するように指示することを特徴とする分散型電源制御方法。
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