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技術 配電制御システム

出願人 株式会社ベストアメニティホールディングス
発明者 田村治夫馬場修松本紘治
出願日 2017年1月12日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2017-003419
公開日 2018年7月19日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2018-113800
状態 未査定
技術分野 交流の給配電
主要キーワード マージン係数 最大許容誤差 統計的代表値 供給量情報 積算負荷 電力消費源 単位計測 特定電力
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図面 (15)

課題

購入電力量計画オーバーせず過剰に削減されることもない配電制御ステムの提供。

解決手段

時刻tに負荷消費電力量ΔWc1〜ΔWcNの電力負荷L1〜LNに商用電源から給電される全負荷購入電力量ΔWbを算出し、時間区Tj内でΔWbを積算した積算購入電力量Wbが計画誤差最大閾値Wth1を上回った場合、負荷消費電力量ΔWciが大きい順に、当該負荷消費電力量ΔWciに対応する給電方向スイッチSW1iを補助電源装置の方向に切り替える操作を、切替操作を行った電力負荷の負荷消費電力量の総和Δ’Wcを積算購入電力量Wb(t)から引いた値が計画誤差最大閾値Wth1以下となる迄繰り返し実行する。

概要

背景

近年、電力システムの効率化や省エネルギー化要請により、商用電力側の電力供給状況に応じてスマート需用家側の電力消費パターンを変化させるデマンドリスポンス(Demand Responce:DR)が導入され、さらに、商用電力側の要請に対する需要家需要削減のインセンティブを図るためにネガワット取引の導入が行われている(非特許文献1)。実際に需要家側でネガワット取引を導入するに当たっては、需要家は、商用電力側に対し需要家側で購入するDR要請時間帯計画購入電力量事前提出し、この計画購入電力量に基づいて需要家側の電力負荷における購入電力量を調節する必要がある。そこで、需要家側の各電力負荷に対して商用電源から購入し配電する購入電力量の調節を行うための配電制御ステムが必要とされる。斯かる配電制御システムとしては、特許文献1〜3に記載されたものが公知である。

特許文献1には、商用交流電力を供給する商用電源(10)と、蓄電池(122)と、商用電源出力直流電力に変換するコンバータ(120)と、該コンバータ(120)の出力及び蓄電池(122)の出力を安定な交流電力に変換するインバータ(124)とを有し、負荷(22)の交流電力を供給する交流電源装置(12)と、商用電源の交流出力電力計測する電力検出器(14)と、電力検出器(14)の計測値を取り込み、商用電源の交流出力電力が所定の目標値を超える時間帯ではコンバータ(120)の動作を停止させ、蓄電池(122)出力を入力とするインバータ(124)から出力される交流電力を負荷(22)に供給するように制御するデマンド制御装置が記載されている(特許文献1の図1,同文献明細書〔0019〕−〔0021〕)。

特許文献2には、商用電力の供給量限度に関する供給量情報と、過去の時間における商用電力の消費量に関する消費量情報とを受信し、受信された消費電力量情報に基づいて、過去の時間の後の時間での消費量の予測値に関する予測情報を生成し、受信された供給量情報と予測情報とに応じて、商用電源とバッテリー電源とを切り替え電子機器を駆動させる電源制御方法が記載されている(特許文献2の請求項1,同文献明細書〔0049〕−〔0052〕)。

特許文献3には、複数の異なる計測期間の同一の時間帯における電力消費源消費電力に基づく計測期間ごと予測消費電力と、制御対象期間の電力消費源の消費電力が予測消費電力となる計測期間ごとの予測消費電力の確度とを取得し、取得した計測期間ごとの予測消費電力のうちのいずれかの予測消費電力が、商用電源から供給する時間帯における最大電力の目標値より大きいか否かを判定し、判定した予測消費電力が目標値より大きい場合、判定した予測消費電力と目標値との差分と、判定した予測消費電力の確度とに基づいて、電気充放電する蓄電池(102)の制御対象期間の時間帯における電力消費源(制御対象装置(201))への放電量を算出する電力制御支援装置(101)が記載されている(特許文献3の請求項1,同文献図1,図2)。

概要

購入電力量が計画オーバーせず過剰に削減されることもない配電制御システムの提供。各時刻tに負荷消費電力量ΔWc1〜ΔWcNの電力負荷L1〜LNに商用電源から給電される全負荷購入電力量ΔWbを算出し、時間区Tj内でΔWbを積算した積算購入電力量Wbが計画誤差最大閾値Wth1を上回った場合、負荷消費電力量ΔWciが大きい順に、当該負荷消費電力量ΔWciに対応する給電方向スイッチSW1iを補助電源装置の方向に切り替える操作を、切替操作を行った電力負荷の負荷消費電力量の総和Δ’Wcを積算購入電力量Wb(t)から引いた値が計画誤差最大閾値Wth1以下となる迄繰り返し実行する。

目的

本発明の目的は、DR要請時間帯において計画購入電力量をオーバーすることなく、また計画購入電力量に対して購入電力量が過剰に削減されることもないように配電制御を行うことが可能な配電制御システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

複数の電力負荷L1〜LNの各々に対し各時刻において配電制御を行う配電制御システムであって、商用電源とは独立に電力を供給する補助電源装置と、前記電力負荷L1〜LNの各々に対しそれぞれ設けられ、前記各電力負荷Li(i=1,…,N)に対する給電方向を、前記商用電源又は前記補助電源装置の何れかに切り替える給電方向スイッチ手段と、前記電力負荷L1〜LNの各々に対しそれぞれ設けられ、各時刻tに前記各電力負荷Li(i=1,…,N)に対して給電される電力値Pc(i;t)を検出する負荷消費電力検出センサと、予め設定された配電制御時間帯において商用電源又は前記補助電源装置の電力を前記各電力負荷に配電する制御を行うコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記各負荷消費電力検出センサが検出する電力値Pc(i;t)に基づき、各時刻tに前記各電力負荷Li(i=1,…,N)に対して給電される単位計測時間Δt当たりの電力量である負荷消費電力量ΔWc(i;t)を算出する負荷消費電力量検出手段と、各時刻tに、前記全電力負荷L1〜LNに対し前記商用電源から給電される単位計測時間Δt当たりの電力量である全負荷購入電力量ΔWb(t)を算出する全負荷購入電力量積算手段と、前記配電制御時間帯を複数の時間区(T1,T2,…)に区画した各時間区Tj(j=1,2,…)において、予め設定された、商用電源から購入する電力量の計画値である計画購入電力量Wuに基づき、当該時間区Tj内の各時刻tにおける目標購入電力量W1(t)、及び当該時刻tにおいて当該時間区Tj内の当該時刻t迄に商用電源から前記目標購入電力量W1(t)を上回って購入することが許容される電力量の最大値である計画誤差最大閾値Wth1(t)を設定する購入計画設定手段と、前記配電制御時間帯の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、前記全負荷購入電力量積算手段が検出する前記全負荷購入電力量ΔWb(t)の当該時間区Tj内の積算値である積算購入電力量Wb(t)を算出する積算購入電力量算出手段と、前記配電制御時間帯の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、前記積算購入電力量算出手段が算出する前記積算購入電力量Wb(t)が前記計画誤差最大閾値Wth1(t)を上回った場合、前記各負荷消費電力検出手段が当該時刻tに検出した前記負荷消費電力量ΔWc(i;t)が大きい順に、当該負荷消費電力量ΔWc(i;t)に対応する前記電力負荷Liに対する前記給電方向スイッチ手段を前記商用電源から前記補助電源装置の方向に切り替える操作を、この切り替え操作を行った前記電力負荷の前記負荷消費電力量の総和Δ’Wc(t)を前記積算購入電力量Wb(t)から引いた値(Wb0(t)−Δ’Wc(t))が前記計画誤差最大閾値Wth1(t)以下となる迄繰り返し実行する補助電源モード切替手段と、を備えたことを特徴とする配電制御システム。

請求項2

前記購入計画設定手段は、前記計画誤差最大閾値Wth1(t)から前記目標購入電力量W1(t)を引いた最大許容誤差ΔWth1(t)が、当該時間区Tjの開始時tsjから終了時tejにかけて減少し、且つ終了時tejにおいて前記最大許容誤差ΔWth1(t)が0となるように、前記計画誤差最大閾値Wth1(t)を設定するものであることを特徴とする請求項1記載の配電制御システム。

請求項3

前記コントローラは、前記配電制御時間帯の各時間区Tjにおいて、当該時間区Tj内で前記各電力負荷Li(i=1,…,N)が過去に消費した積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)を記憶する過去実績データ記憶手段と、前記配電制御時間帯の各時間区Tjの開始時刻tsiにおいて、前記積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)が大きい順に、当該積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)に対応する前記電力負荷Liに対する前記給電方向スイッチ手段を前記補助電源装置の方向に設定する補助電源方向設定操作を、この補助電源方向設定操作を行った前記電力負荷の前記積算負荷消費電力量の総和Σi’Wp(i;Tj)を、前記全電力負L1〜LNの前記積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)の総和ΣiWp(i;Tj)から引いた値(ΣiWp(i;Tj)−Σi’Wp(i;Tj))が前記計画購入電力量Wu以下となる迄繰り返し実行するとともに、前記補助電源方向設定操作がされなかった残り全ての前記電力負荷Liに対する前記給電方向スイッチ手段を前記商用電源の方向に設定する初期補助電源モード切替手段と、を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の配電制御システム。

請求項4

前記購入計画設定手段は、前記配電制御時間帯を複数の時間区Tj(j=1,2,…)に区画した各時間区Tjにおいて、前記計画購入電力量Wuに基づき、当該時間区Tj内の各時刻tにおける前記目標購入電力量W1(t)、及び前記計画誤差最大閾値Wth1(t)、並びに当該時刻tにおいて当該時間区Tj内の当該時刻t迄に商用電源から前記目標購入電力量W1(t)を下回って購入することが許容される電力量の最小値である計画誤差最小閾値Wth2(t)を設定するものであり、前記コントローラは、更に、前記配電制御時間帯の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、前記全負荷購入電力量積算手段が算出する前記積算購入電力量Wb(t)が前記計画誤差最小閾値Wth2(t)を下回った場合、前記各負荷消費電力検出手段が当該時刻tに検出した負荷消費電力量ΔWc(i;t)が小さい順に、当該負荷消費電力量ΔWc(i;t)に対応する前記電力負荷Liに対する前記給電方向スイッチ手段を前記補助電源装置から前記商用電源の方向に切り替える解除操作を、この解除操作を行った前記電力負荷の前記負荷消費電力量の総和Δ”Wc(t)を前記積算購入電力量Wb(t)に加えた値(Wb0(t)+Δ”Wc(t))が前記計画誤差最小閾値Wth2(t)以上となる迄繰り返し実行する補助電源モード解除手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一記載の配電制御システム。

技術分野

0001

本発明は、商用電源から購入する電力購入計画に基づき、商用電源と補助電源から供給される電力を、複数の電力負荷に対して配電する制御を行うための配電制御ステムに関する。

背景技術

0002

近年、電力システムの効率化や省エネルギー化要請により、商用電力側の電力供給状況に応じてスマート需用家側の電力消費パターンを変化させるデマンドリスポンス(Demand Responce:DR)が導入され、さらに、商用電力側の要請に対する需要家需要削減のインセンティブを図るためにネガワット取引の導入が行われている(非特許文献1)。実際に需要家側でネガワット取引を導入するに当たっては、需要家は、商用電力側に対し需要家側で購入するDR要請時間帯の計画購入電力量事前提出し、この計画購入電力量に基づいて需要家側の電力負荷における購入電力量を調節する必要がある。そこで、需要家側の各電力負荷に対して商用電源から購入し配電する購入電力量の調節を行うための配電制御システムが必要とされる。斯かる配電制御システムとしては、特許文献1〜3に記載されたものが公知である。

0003

特許文献1には、商用交流電力を供給する商用電源(10)と、蓄電池(122)と、商用電源出力直流電力に変換するコンバータ(120)と、該コンバータ(120)の出力及び蓄電池(122)の出力を安定な交流電力に変換するインバータ(124)とを有し、負荷(22)の交流電力を供給する交流電源装置(12)と、商用電源の交流出力電力計測する電力検出器(14)と、電力検出器(14)の計測値を取り込み、商用電源の交流出力電力が所定の目標値を超える時間帯ではコンバータ(120)の動作を停止させ、蓄電池(122)出力を入力とするインバータ(124)から出力される交流電力を負荷(22)に供給するように制御するデマンド制御装置が記載されている(特許文献1の図1,同文献明細書〔0019〕−〔0021〕)。

0004

特許文献2には、商用電力の供給量限度に関する供給量情報と、過去の時間における商用電力の消費量に関する消費量情報とを受信し、受信された消費電力量情報に基づいて、過去の時間の後の時間での消費量の予測値に関する予測情報を生成し、受信された供給量情報と予測情報とに応じて、商用電源とバッテリー電源とを切り替え電子機器を駆動させる電源制御方法が記載されている(特許文献2の請求項1,同文献明細書〔0049〕−〔0052〕)。

0005

特許文献3には、複数の異なる計測期間の同一の時間帯における電力消費源消費電力に基づく計測期間ごと予測消費電力と、制御対象期間の電力消費源の消費電力が予測消費電力となる計測期間ごとの予測消費電力の確度とを取得し、取得した計測期間ごとの予測消費電力のうちのいずれかの予測消費電力が、商用電源から供給する時間帯における最大電力の目標値より大きいか否かを判定し、判定した予測消費電力が目標値より大きい場合、判定した予測消費電力と目標値との差分と、判定した予測消費電力の確度とに基づいて、電気充放電する蓄電池(102)の制御対象期間の時間帯における電力消費源(制御対象装置(201))への放電量を算出する電力制御支援装置(101)が記載されている(特許文献3の請求項1,同文献図1図2)。

0006

特開2003−299247号公報
特開2013−5521号公報
特開2013−115972号公報

先行技術

0007

資源エネルギー,「ネガワット取引に関するガイドライン」,[online],平成28年9月1日,資源エネルギー庁,インターネット<URL: http://www.meti.go.jp/press/2016/09/20160901003/20160901003-1.pdf>.

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献2,3に記載の技術に基づく配電制御システムでは、過去の消費電力から推定した予測値に基づいてDR要請時間帯における蓄電池(バッテリー)の充放電の制御を行うものである。このような配電制御システムは、需要家における電力負荷の電力消費が各曜日各時間帯ごとに安定しているような場合には、予測誤差が小さいため有効であるが、需要家における電力負荷の電力消費の不規則性が大きい場合には、予測誤差が大きくなり制御の有効性が低くなる。従って、ネガワット取引では、予測値から大きく外れて計画購入電力量をオーバーするとペネルティが生じるという問題がある。

0009

一方、特許文献1に記載の技術に基づく配電制御システムでは、実際の消費電力量により購入電力量の制御を行うため、計画購入電力量をオーバーすることは回避できる。特許文献1のデマンド制御装置では、DR要請時間帯の各時刻tにおいて購入電力P(t)がデマンド値Pdに達すると、負荷(22)を商用電源から切り離して蓄電池(122)からの給電に切り替えるため、DR要請時間帯の各時刻tにおいて購入電力P(t)はデマンド値Pd以下に抑えられる。然し乍ら、ネガワット取引では、DR要請時間帯内の一定幅の時間区における購入電力量を計画購入電力量以下に抑えることが要求されているので、各時刻tにおいて一時的に消費電力が大きくなったとしても、時間区における購入電力量が計画購入電力量の枠内に収まれば問題ない。一方、特許文献1のデマンド制御装置では、各時刻tにおいて一時的にデマンド値Pdよりも消費電力が大きくなった場合にも商用電源から蓄電池(122)への切り換えが行われるため、DR要請時間帯内の各時間区の全体で見ると、計画購入電力量に対して購入電力量は過剰に削減されることになる。従って、その過剰な分だけ、蓄電池(122)の充電容量を大きくする必要があり、充電設備が大きくなり設備コストランニングコストも嵩むという課題がある。

0010

そこで、本発明の目的は、DR要請時間帯において計画購入電力量をオーバーすることなく、また計画購入電力量に対して購入電力量が過剰に削減されることもないように配電制御を行うことが可能な配電制御システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明に係る配電制御システムの第1の構成は、複数の電力負荷L1〜LNの各々に対し各時刻において配電制御を行う配電制御システムにおいて、
商用電源とは独立に電力を供給する補助電源装置と、
前記電力負荷L1〜LNの各々に対しそれぞれ設けられ、前記各電力負荷Li(i=1,…,N)に対する給電方向を、前記商用電源又は前記補助電源装置の何れかに切り替える給電方向スイッチ手段と、
前記電力負荷L1〜LNの各々に対しそれぞれ設けられ、各時刻tに前記各電力負荷Li(i=1,…,N)に対して給電される電力値Pc(i;t)を検出する負荷消費電力検出センサと、
予め設定された配電制御時間帯において商用電源又は前記補助電源装置の電力を前記各電力負荷に配電する制御を行うコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記各負荷消費電力検出センサが検出する電力値Pc(i;t)に基づき、各時刻tに前記各電力負荷Li(i=1,…,N)に対して給電される単位計測時間Δt当たりの電力量である負荷消費電力量ΔWc(i;t)を算出する負荷消費電力量検出手段と、
各時刻tに、前記全電力負荷L1〜LNに対し前記商用電源から給電される単位計測時間Δt当たりの電力量である全負荷購入電力量ΔWb(t)を算出する全負荷購入電力量積算手段と、
前記配電制御時間帯を複数の時間区(T1,T2,…)に区画した各時間区Tj(j=1,2,…)において、予め設定された、商用電源から購入する電力量の計画値である計画購入電力量Wuに基づき、当該時間区Tj内の各時刻tにおける目標購入電力量W1(t)、及び当該時刻tにおいて当該時間区Tj内の当該時刻t迄に商用電源から前記目標購入電力量W1(t)を上回って購入することが許容される電力量の最大値である計画誤差最大閾値Wth1(t)を設定する購入計画設定手段と、
前記配電制御時間帯の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、前記全負荷購入電力量積算手段が検出する前記全負荷購入電力量ΔWb(t)の当該時間区Tj内の積算値である積算購入電力量Wb(t)を算出する積算購入電力量算出手段と、
前記配電制御時間帯の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、前記積算購入電力量算出手段が算出する前記積算購入電力量Wb(t)が前記計画誤差最大閾値Wth1(t)を上回った場合、
前記各負荷消費電力検出手段が当該時刻tに検出した前記負荷消費電力量ΔWc(i;t)が大きい順に、当該負荷消費電力量ΔWc(i;t)に対応する前記電力負荷Liに対する前記給電方向スイッチ手段を前記商用電源から前記補助電源装置の方向に切り替える操作を、
この切り替え操作を行った前記電力負荷の前記負荷消費電力量の総和Δ’Wc(t)を前記積算購入電力量Wb(t)から引いた値(Wb0(t)−Δ’Wc(t))が前記計画誤差最大閾値Wth1(t)以下となる迄繰り返し実行する補助電源モード切替手段と、を備えたことを特徴とする。

0012

この構成によれば、配電制御時間帯内の各時間区Tjにおいて、全負荷購入電力量ΔWb(t)の当該時間区Tjにおける時間積分値である積算購入電力量Wb(t)が、計画購入電力量Wu以下となるように配電制御が行われる。また、時間区Tj内の各時刻tにおいてその時刻の計画誤差最大閾値Wth1(t)を用いて各給電方向スイッチ手段の切り換えが行われるため、各電力負荷に対する給電方向スイッチ手段は、必要以上に補助電源装置へ切り替えられない。従って、計画購入電力量に対して購入電力量が過度に削減されるということがなく、補助電源設備規模を必要十分なサイズとし、設備コストやランニングコストを下げることが出来る。

0013

ここで、「補助電源装置」としては、蓄電池、燃料電池補助発電機等を用いることが出来る。「配電制御時間帯」とは、配電制御が行われる時間帯をいい、具体的には、DR要請時間帯などである。配電制御時間帯の「時間区」とは、配電制御時間帯を複数の時間区に区画した各時間区をいう。これは、具体的にはネガワット取引等に於いて計画購入電力量Wuを定める最小単位の時間区をいい、通常は、配電制御時間帯を30分単位に区画した各時間区をいう。尚、本発明では各時間区の時間幅は特に限定はしない。「単位計測時間Δt」とは、各負荷の消費電力量を計測する時間の最小単位をいい、通常は、1分とされる。尚、本発明では単位計測時間Δtの時間幅は特に限定はしない。

0014

本発明に係る配電制御システムの第2の構成は、前記第1の構成に於いて、前記購入計画設定手段は、前記計画誤差最大閾値Wth1(t)から前記目標購入電力量W1(t)を引いた最大許容誤差ΔWth1(t)が、当該時間区Tjの開始時tsjから終了時tejにかけて減少し、且つ終了時tejにおいて前記最大許容誤差ΔWth1(t)が0となるように、前記計画誤差最大閾値Wth1(t)を設定するものであることを特徴とする。

0015

この構成によれば、各時間区Tjの開始時tsjから終了時tejにかけて最大許容誤差ΔWth1(t)を0に向かって減少させることで、時間区Tjの開始時tsj付近では購入電力量が一時的に目標購入電力量W1(t)を大きくオーバーすることを許容し、終了時tej付近では購入電力量が一時的に目標購入電力量W1(t)をオーバーしないようにすることができる。これにより、時間区Tj全体で購入電力量が過度に削減されることを防止することができる。

0016

本発明に係る配電制御システムの第3の構成は、前記第1又は2の構成に於いて、前記コントローラは、
前記配電制御時間帯の各時間区Tjにおいて、当該時間区Tj内で前記各電力負荷Li(i=1,…,N)が過去に消費した積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)を記憶する過去実績データ記憶手段と、
前記配電制御時間帯の各時間区Tjの開始時刻tsiにおいて、
前記積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)が大きい順に、
当該積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)に対応する前記電力負荷Liに対する前記給電方向スイッチ手段を前記補助電源装置の方向に設定する補助電源方向設定操作を、
この補助電源方向設定操作を行った前記電力負荷の前記積算負荷消費電力量の総和Σi’Wp(i;Tj)を、前記全電力負L1〜LNの前記積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)の総和ΣiWp(i;Tj)から引いた値(ΣiWp(i;Tj)−Σi’Wp(i;Tj))が前記計画購入電力量Wu以下となる迄繰り返し実行するとともに、
前記補助電源方向設定操作がされなかった残り全ての前記電力負荷Liに対する前記給電方向スイッチ手段を前記商用電源の方向に設定する初期補助電源モード切替手段と、を備えたことを特徴とする。

0017

この構成によれば、各時間区Tjの開始時刻tsiにおいて、過去の積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)から推定されるベース削減電力分Σi’Wp(i;Tj)(但し、ΣiWp(i;Tj)−Σi’Wp(i;Tj)<Wu)だけの給電方向スイッチ手段が、補助電源装置方向へ切り替えられる。これにより、時間区Tjの開始時刻tsi〜tsi+Δtにおいて過剰に負荷消費電力量が増加することが防止される。

0018

本発明に係る配電制御システムの第4の構成は、前記第1乃至3の何れか一の構成に於いて、前記購入計画設定手段は、前記配電制御時間帯を複数の時間区Tj(j=1,2,…)に区画した各時間区Tjにおいて、前記計画購入電力量Wuに基づき、当該時間区Tj内の各時刻tにおける前記目標購入電力量W1(t)、及び前記計画誤差最大閾値Wth1(t)、並びに当該時刻tにおいて当該時間区Tj内の当該時刻t迄に商用電源から前記目標購入電力量W1(t)を下回って購入することが許容される電力量の最小値である計画誤差最小閾値Wth2(t)を設定するものであり、
前記コントローラは、更に、
前記配電制御時間帯の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、前記全負荷購入電力量積算手段が算出する前記積算購入電力量Wb(t)が前記計画誤差最小閾値Wth2(t)を下回った場合、
前記各負荷消費電力検出手段が当該時刻tに検出した負荷消費電力量ΔWc(i;t)が小さい順に、当該負荷消費電力量ΔWc(i;t)に対応する前記電力負荷Liに対する前記給電方向スイッチ手段を前記補助電源装置から前記商用電源の方向に切り替える解除操作を、
この解除操作を行った前記電力負荷の前記負荷消費電力量の総和Δ”Wc(t)を前記積算購入電力量Wb(t)に加えた値(Wb0(t)+Δ”Wc(t))が前記計画誤差最小閾値Wth2(t)以上となる迄繰り返し実行する補助電源モード解除手段を備えたことを特徴とする。

0019

この構成によれば、各時間区Tj内の各時刻tに於いて、積算購入電力量Wb(t)が目標購入電力量W1(t)を大きく下回り計画誤差最小閾値Wth2(t)以下となった場合、補助電源モード解除手段によって積算購入電力量Wb(t)が計画誤差最小閾値Wth2(t)以上となるように給電方向スイッチ手段の切り換えが行われる。これにより、時間区Tj全体で購入電力量をより計画購入電力量Wuに近づけることが出来る。

0020

ここで、前記購入計画設定手段は、前記目標購入電力量W1(t)から前記計画誤差最小閾値Wth2(t)を引いた最小許容誤差ΔWth2(t)が、当該時間区Tjの開始時tsjから終了時tejにかけて増加するように、前記最小許容誤差ΔWth2(t)を設定するようにすることができる。

発明の効果

0021

以上のように、本発明の配電制御システムによれば、配電制御時間帯内の各時間区Tjにおいて、全負荷購入電力量ΔWb(t)の当該時間区Tjにおける時間積分値である積算購入電力量Wb(t)が、計画購入電力量Wu以下となるように配電制御が行われ、また、時間区Tj内の各時刻tにおいてその時刻の計画誤差最大閾値Wth1(t)を用いて、
積算購入電力量Wb(t)が目標購入電力量W1(t)に近づくように各給電方向スイッチ手段の切り換えが行われるため、各電力負荷に対する給電方向スイッチ手段は、必要以上に補助電源装置へ切り替えられない。従って、計画購入電力量に対して購入電力量が過度に削減されるということがなく、補助電源設備の規模を必要十分なサイズとし、設備コストやランニングコストを下げることが出来る。

図面の簡単な説明

0022

本発明の実施例1に係る配電制御システムの全体構成を表すブロック図である。
図1のコントローラ4の機能構成を表すブロック図である。
DR要請時間帯(配電制御時間帯)の一例を示す図である。
目標購入電力量W1(t)及び計画誤差最大閾値Wth1(t)の一例を示す図である。
本発明の実施例1に係る配電制御システムの全体動作のフローチャートである。
図5の単位時間区電力制御動作を表すフローチャートである。
図6のベース削減電力量分補助電源切替動作を表すフローチャートである。
図6の補助電源モード切替動作を表すフローチャートである。
実施例1に係る配電制御システムの動作シミュレーション結果を示す図である。
本発明の実施例2に係る配電制御システムのコントローラ4の機能構成を表すブロック図である。
本発明の実施例2に係る配電制御システムの単位時間区電力制御動作を表すフローチャートである。
目標購入電力量W1(t)及び計画誤差最大閾値Wth1(t),計画誤差最小閾値Wth2(t)の一例を示す図である。
図11の補助電源モード解除動作を表すフローチャートである。
実施例2に係る配電制御システムの動作シミュレーション結果を示す図である。

0023

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

0024

(1)システム構成
図1は、本発明の実施例1に係る配電制御システムの全体構成を表すブロック図である。図1の配電制御システム1は、複数の特定電力負荷L1〜LNの各々に対し、各時刻tにおいて配電制御を行うシステムである。尚、図1において、商用電源から送電される電力は、変圧器100で変圧された後に、一般電力負荷L0とN個の特定電力負荷L1〜LNとに配電される。一般電力負荷L0は、時間的に略一定の電力消費を行う電力負荷(例えば、冷蔵庫等)であり、配電制御システム1の配電制御の対象外の電力負荷である。特定電力負荷L1〜LNは、配電制御システム1の配電制御の対象とされる電力負荷である。また、配電制御システム1は、インターネット等の通信回線101を介してアグリゲータサーバ102に接続されている。尚、「アグリゲータ」とは、ネガワットを発生させ得るユーザ(需要家)を予め多数取りまとめて事前に契約し、電力会社が必要となったタイミングで、それらのユーザの中から最適な組み合わせを選んで、必要なネガワットを発生させる事業を行う者をいう。アグリゲータ・サーバ102は、ネガワット取引の取り纏めを行うアグリゲータが保有するサーバである。

0025

配電制御システム1は、補助電源装置2、給電方向スイッチSW1,1〜SW1,N、負荷消費電力量検出センサSA1〜SAN、充電スイッチSW2、電力計3、及びコントローラ4を備えている。補助電源装置2は、商用電源とは独立に電力を供給する電源である。給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nは、N個の電力負荷L1〜LNの各々に対しそれぞれ設けられ、各電力負荷Li(i=1,…,N)に対する給電方向を、商用電源又は補助電源装置2の何れかに切り替えるスイッチである。負荷消費電力検出センサSA1〜SANは、N個の電力負荷L1〜LNの各々に対しそれぞれ設けられ、各時刻tに各電力負荷Li(i=1,…,N)に対して給電される電力値Pc(i;t)を検出するセンサである。充電スイッチSW2は、変圧器100を介して商用電源から補助電源装置2へ給電される電力のオンオフを行うスイッチである。電力計3は、商用電源から変圧器100へ送電される交流電力を検出する。この電力計3は、商用電源から一般電力負荷L0及び電力負荷L1〜LNに供給される全購入電力を検出するために設けられている。コントローラ4は、予め設定された配電制御時間帯において商用電源又は補助電源装置2の電力を各電力負荷L1〜LNに配電する制御を行う制御装置である。コントローラ4は、専用回路により構成しても良いし、コンピュータマイコン再構成可能デバイスFPGAやPLD等)に専用のプログラムを読み込ませ該プログラムを実行することによって実現することも出来る。

0026

本実施例においては、補助電源装置2は、補助発電機G、M個の蓄電池E1〜EM各蓄電池E1〜EMの其々に対応して設けられた双方向AC/DCコンバータAD1〜ADM充放電スイッチSW3,1〜SW3,M及び補助発電機スイッチSW4を備えている。補助発電機Gは、燃料電池やガスコジェネガスエンジン発電機等の燃料エネルギー源として発電を行う発電装置である。蓄電池E1〜EMは、通常の鉛蓄電池リチウム電池等の二次電池である。各双方向AC/DCコンバータADi(i=1,…,M)は、補助電源装置2の入出力線5から供給される交流電力を直流に変換して蓄電池Eiへ出力し、また、蓄電池Eiから給電される直流電力を交流に変換して入出力線5へ出力する装置である。各充放電スイッチSW3,i(i=1,…,M)は、双方向AC/DCコンバータADiと補助電源装置2の入出力線5とを通断するスイッチである。補助発電機スイッチSW4は、補助発電機Gと補助電源装置2の入出力線5とを通断するスイッチである。

0027

図2は、図1のコントローラ4の機能構成を表すブロック図である。尚、図2において、補助電源装置2、電力計3、コントローラ4、通信回線101、アグリゲータ・サーバ102、給電方向スイッチSW1,1〜SW1,N、負荷消費電力検出センサSA1〜SANは、図1において同符号を付した構成部分の構成に対応している。

0028

コントローラ4は、DRデータ記憶部10、過去実績データ記憶部11、負荷消費電力量検出部12、実績データ蓄積部13、全負荷購入電力量積算部14、購入計画設定部15、積算購入電力量算出部16、全電力量積算部17、補助電源モード切替部18、初期補助電源モード切替部20、購入電力量送受信部21、内部時計22、及びリセット部23を備えている。

0029

DRデータ記憶部10は、DR要請時間帯(配電制御時間帯)の各時間区Tj(j=1,2,…)において商用電源から購入する電力量に関するデータ(各時間区の計画購入電力量Wu+Wu0(=Wu(Tj)+Wu0;Wu0は一般電力負荷L0分の計画購入電力量で、予め決められた定数値))を記憶するメモリである。過去実績データ記憶部11(過去実績データ記憶手段)は、各時刻において各電力負荷において消費された電力量に関するデータを記憶するメモリである。

0030

ここで、DR要請時間帯(配電制御時間帯)の一例を図3に示す。図3において、DR要請時間帯は11時〜17時に設定されており、このDR要請時間帯は、一定の時間間隔で複数の時間区Tj(j=1,2,…)に区画され、それぞれの単位時間区Tjごとに、計画購入電力量Wu(=Wu(Tj))が設定される。図3の例では、各時間区Tjの時間幅は0.5時間とされ、各時間区Tjの計画購入電力量Wuは一定で、Wu=PuTj[kWh]とされている。尚、本実施例では、各時間区Tjの計画購入電力量Wu(Tj)は一定の値Wuとしているが、計画購入電力量Wu(Tj)は時間区Tjごとに異なる値とすることも出来る。

0031

負荷消費電力量検出部12(負荷消費電力量検出手段)は、各負荷消費電力検出センサSA1〜SANが検出する電力値Pc(i;t)に基づき、各時刻tに制御対象の各電力負荷Li(i=1,…,N)に対して給電される単位計測時間Δt当たりの電力量である負荷消費電力量ΔWc(i;t)を算出する。実績データ蓄積部13は、負荷消費電力量検出部12によって算出される各電力負荷Li(i=1,…,N)の各時刻tの負荷消費電力量ΔWc(i;t)を、それぞれの時間区Tjごとに積算した積算負荷消費電力量Wc(i;Tj)を算出し、過去実績データ記憶部11内のデータベースに保存する。全負荷購入電力量積算部14(全負荷購入電力量積算手段)は、各時刻tに、制御対象の全ての電力負荷L1〜LNに対し商用電源から給電される単位計測時間Δt当たりの電力量である全負荷購入電力量ΔWb(t)を算出する。ここで、電力負荷L1〜LNのうち商用電源からの電力供給がされていないもの(即ち、補助電源装置2から電力供給がされているもの)については、全負荷購入電力量ΔWb(t)の積算からは除外されることに注意しておく。

0032

購入計画設定部15(購入計画設定手段)は、DR要請時間帯の各時間区Tj(j=1,2,…)において、DRデータ記憶部10から、商用電源から、当該時間区Tjに購入する電力量の計画値である計画購入電力量Wuを読み出し、当該計画購入電力量Wuに基づき、当該時間区Tj内の各時刻tにおける目標購入電力量W1(t)、及び当該時刻tにおいて当該時間区Tj内の当該時刻t迄に商用電源から目標購入電力量W1(t)を上回って購入することが許容される電力量の最大値である計画誤差最大閾値Wth1(t)を設定する。

0033

図4に、目標購入電力量W1(t)及び計画誤差最大閾値Wth1(t)の一例を示す。目標購入電力量W1(t)は、単位時間区Tjの開始時tsjにおいて0とし、時間tに比例して増加し、時間区Tjの終了時tejにおいて当該時間区Tjの計画購入電力量Wuとなるように設定される。即ち、W1(t)は、時間に対して時間勾配Wu/Tjの比例関係とされる。また、単位時間区Tjの計画誤差最大閾値Wth1(t)は、計画誤差最大閾値Wth1(t)から目標購入電力量W1(t)を引いた最大許容誤差ΔWth1(t)=Wth1(t)−W1(t)が、当該時間区Tjの開始時tsjから終了時tejにかけて減少し、且つ終了時tejにおいて最大許容誤差ΔWth1(t)が0となるように設定される。最大許容誤差ΔWth1(t)の時間変化は、直線状としても曲線状としてもよいが、図4の例では、最大許容誤差ΔWth1(t)の時間変化は、ΔWth1(tsj)=Wth1s,ΔWth1(tej)=0の直線として設定されている。また、単位計測時間Δtは、各電力負荷Li(i=1,…,N)の負荷消費電力量ΔWc(i;t)を測定するための時間単位であり、図4の例では、Δt=1分に設定されている。

0034

積算購入電力量算出部16(積算購入電力量算出手段)は、DR要請時間帯(配電制御時間帯)の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、全負荷購入電力量積算部14が検出する全負荷購入電力量ΔWb(t)の当該時間区Tj内の積算値である積算購入電力量Wb(t)を算出する。全電力量積算部17は、DR要請時間帯(配電制御時間帯)の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、電力計3により検出される、商用電源から供給される全電力Pb0(t)を積算した積算購入電力量Wb0(t)を算出する。

0035

補助電源モード切替部18(補助電源モード切替手段)は、各給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの切り換え制御を行う。即ち、補助電源モード切替部18は、配電制御時間帯の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、積算購入電力量Wb(t)が計画誤差最大閾値Wth1(t)を上回った場合、負荷消費電力量ΔWc(i;t)が大きい順に、当該負荷消費電力量ΔWc(i;t)に対応する給電方向スイッチSW1,iを商用電源から補助電源装置2の方向に切り替える操作を反復実行する。この反復実行操作は、商用電源から補助電源装置2への切り替え操作を行った電力負荷Liの負荷消費電力量ΔWc(i;t)の総和Δ’Wc(t)を積算購入電力量Wb(t)から引いた値(Wb0(t)−Δ’Wc(t))が計画誤差最大閾値Wth1(t)以下となる迄、繰り返し実行される。この補助電源モード切替部18の具体的な動作については後述する(図8,(2.4)参照)。

0036

初期補助電源モード切替部20(初期補助電源モード切替手段)は、DR要請時間帯(配電制御時間帯)の各時間区Tjの開始時刻tsiにおいて、DRデータ記憶部10のデータベースから同じ曜日,同じ時間帯の過去の積算負荷消費電力量Wc(i;Tj)を読み出し、積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)が大きい順に、当該積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)に対応する給電方向スイッチSW1,iを補助電源装置の方向に設定する補助電源方向設定操作を繰り返し行う。この補助電源方向設定操作は、全電力負L1〜LNの積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)の総和ΣiWp(i;Tj)から、補助電源方向設定操作を行った電力負荷Liの積算負荷消費電力量Wc(i;Tj)の総和Σi’Wp(i;Tj)を引いた値(ΣiWp(i;Tj)−Σi’Wp(i;Tj))が計画購入電力量Wu以下となる迄、繰り返し実行される。そして、補助電源方向設定操作がされなかった残り全ての電力負荷Liに対する給電方向スイッチSA1,iを商用電源の方向に設定する。この初期補助電源モード切替部20の具体的な動作については後述する(図7,(2.3)参照)。

0037

購入電力量送受信部21は、通信回線101を介してアグリゲータ・サーバ102から送信されるDR要請時間帯(配電制御時間帯)のそれぞれの単位時間区Tjごとに、計画購入電力量Wu(=Wu(Tj))を受信して、DRデータ記憶部10に格納する。また、購入電力量送受信部21は、DR要請時間帯の単位時間区Tjの終了時刻tejに、当該時間区Tjにおいて商用電源から購入した積算購入電力量Wb0(tej)を通信回線101を介してアグリゲータ・サーバ102へ送信する。

0038

内部時計22は、時刻を経時し時刻情報を出力する。リセット部23は、DR要請時間帯の単位時間区Tjの終了時刻tejにおいて、購入計画設定部15,積算購入電力量算出部16,全電力量積算部17,補助電源モード切替部18,初期補助電源モード切替部20に対し、リセット信号を出力する。リセット信号を受信したこれら各部は、次の単位時間区Tj+1の開始時刻tsj+1の初期状態にリセットされる。

0039

(2)システム動作
以上のように構成された本実施例の配電制御システムについて、以下その動作を説明する。

0040

(2.1)全体動作
最初に、配電制御システムのDR要請に対する配電制御の全体動作について説明する。図5は、本発明の実施例1に係る配電制御システムの全体動作のフローチャートである。

0041

テップS01において、コントローラ4は、アグリゲータ・サーバ102からDR要請時間帯の各時間区Tjの計画購入電力量Wu+Wu0(=Wu(Tj)+Wu0;Wu0は一般電力負荷L0分の計画購入電力量)が送信されるまで待機する。各時間区Tjの計画購入電力量Wu+Wu0を受信すると、ステップS02に移行する。

0042

ステップS02において、購入電力量送受信部21は、受信した各時間区Tjの計画購入電力量Wu+Wu0をDRデータ記憶部10に格納する。そして、ステップS03において、DR要請時間帯の開始時刻ts1から時間tpreだけ前の時刻に達するまで待機する。DR要請時間帯の開始時刻ts1から時間tpreだけ前の時刻に達すると、次のステップS04に移行する。ここで、時間tpreは、補助発電機Gの起動に要する時間である。

0043

ステップS04において、コントローラ4は補助発電機Gを起動し、ステップS05において、コントローラ4はDR要請時間帯の開始時刻ts1まで再び待機する。DR要請時間帯の開始時刻ts1に達すると、次のステップS06に移行する。

0044

ステップS06において、単位時間区電力制御動作を実行する。ここで、「単位時間区電力制御動作」とは、DR要請時間帯の各時間区Tjにおける配電制御システム1の制御動作をいい、その詳細については後述する(図6,(2.2)参照)。尚、DR要請時間帯の間は、充放電スイッチSW3,1〜SW3,M,及び補助発電機スイッチSW4はオン状態、充電スイッチSW2はオフ状態とされる。

0045

ステップS07において、コントローラ4は、DR要請時間帯の終了時刻に到達したか否かを判定する。DR要請時間帯の終了時刻に到達していない場合には、リセット部23がリセット信号を出力した後にステップS06に戻り、到達した場合には、次のステップS08に進む。

0046

ステップS08において、コントローラ4は、補助発電機Gを停止し、再び、ステップS01に戻る。

0047

(2.2)単位時間区電力制御動作
次に、ステップS06の単位時間区電力制御動作の詳細について説明する。図6は、図5の単位時間区電力制御動作を表すフローチャートである。

0048

まず、ステップS21では、時間区Tj(j=1,2,…)の開始時刻tsjにおいて、コントローラ4の初期補助電源モード切替部20は、ベース削減電力量分Wd(Tj)の購入電力量の削減を行うための給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの切り替え動作(以下「ベース削減電力量分補助電源切替動作」という。)を実行する。これは、同じ曜日の時間区Tjの過去の各電力負荷Li(i=1,2,…,N)の積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)の実績データに基づいて、各電力負荷Liの時間区Tjの購入電力量をベース削減電力量分Wd(Tj)だけ削減するように、給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの接続方向の初期設定を行う動作である。ベース削減電力量分補助電源切替動作の詳細については後述する(図7,(2.3)参照)。ここで、過去の積算負荷消費電力Pp(i;Tj)は、図3折れ線グラフに示したように、時刻tとともに変動する。一方、時間区Tjの計画購入電力量Wuは、図3斜線ハッチング部に示したように、時刻tによらず一定である。ベース削減電力量分Wd(Tj)は、過去の積算負荷消費電力Pp(i;Tj)の時間区Tjにおける積分値Wp(i;Tj)から、特定電力負荷分の計画購入電力量Wu(Tj)=Wuを差し引いた値である。即ち、Wd(Tj)=ΣiWp(i;Tj)−Wuである。

0049

次に、購入計画設定部15は、開始時刻tsjにおいて、時間区Tjにおける計画購入電力量Wuに基づき、図4に示したような、当該時間区Tj内の各時刻tにおける目標購入電力量W1(t)、及び計画誤差最大閾値Wth1(t)を設定する(ステップS22)。

0050

次に、開始時刻tsjにリセット部23から出力されるリセット信号を受けて、積算購入電力量算出部16,全電力量積算部17は、それぞれ内部変数として保持している積算購入電力量Wb,Wb0を0にリセットし(ステップS23)、コントローラ4は内部変数として保持している時刻カウント変数tをtsjにリセットする(ステップS24)。ここで、積算購入電力量Wbは、特定電力負荷L1〜LN分の購入電力量を保持する変数であり、積算購入電力量Wb0は、一般電力負荷L0と特定電力負荷L1〜LNを全て含めた購入電力量を保持する変数である。

0051

次に、負荷消費電力量検出部12は、時刻t〜t+Δtの間に各負荷消費電力検出センサSA1〜SANで検出される各電力負荷Li(i=1,…,N)の消費電力Pc(i;t)を時間積分し、単位計測時間Δt当たりの電力量である負荷消費電力量ΔWc(i;t)を算出する(ステップS25)。ここで、本実施例に於いては、Δtは1分である。また、全電力量積算部17は、時刻t〜t+Δtの間に電力計3で検出される全購入電力Pb0(t)を時間積分し、単位計測時間Δt当たりの全購入電力量ΔWb0(t)を算出する(ステップS25)。

0052

次に、積算購入電力量算出部16は、時刻t〜t+Δtの間の単位計測時間Δt当たりの全負荷購入電力量ΔWb(t)を算出する(ステップS26)。全負荷購入電力量ΔWb(t)とは、前述した通り、時刻tの単位計測時間Δtにおいて、全電力負荷L1〜LNに対し商用電源から給電される電力量である。具体的には、全負荷購入電力量ΔWb(t)は次式で計算される。

0053

0054

次に、積算購入電力量算出部16は、内部変数Wbに全負荷購入電力量ΔWb(t)を加算して更新し、全電力量積算部17は、内部変数Wb0に全負荷購入電力量ΔWb0(t)を加算して更新する(ステップS27)。内部変数Wb0,Wbは、それぞれ、積算購入電力量Wb0(t),Wb(t)を表す変数であり、次式のようになる。

0055

0056

次に、補助電源モード切替部18は、全体の積算購入電力量Wb0が、一般電力負荷L0も含めた全計画購入電力量Wu+Wu0のr倍(r(Wu+Wu0))以上となったか否かを判定する(ステップS28)。ここで、rは計画購入電力量を超えないことを補償するためのマージン係数であり、1以下の値(通常は、0.9〜1.0程度)の定数である。通常は、一般電力負荷L0の消費電力は安定している(一般電力負荷L0は電力消費が安定したものが設定されている)ため、Wb0>Wu+Wu0となることはないが、例えば、何らかの異常原因で一般電力負荷L0の消費電力が想定外に増加した場合にはWb0>Wu+Wu0となることが可能性としてはあり得る。そのため、ステップS28,S33はWb0がWu+Wu0を超えないことを補償するための処理である。ステップS28でWb0≧r(Wu+Wu0)と判定された場合には、補助電源モード切替部18は、全ての特定電力負荷L1〜LNに対する給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nを補助電源装置2の側に切り替えて(ステップS33)、次のステップS34に移行する。一方、ステップS28でWb0<r(Wu+Wu0)と判定された場合には、次のステップS29に移行する。

0057

尚、本実施例では一般電力負荷L0までもを考慮した例を示しているが、一般電力負荷L0がない場合には、Wu0=0とすればよい。

0058

ステップS29において、補助電源モード切替部18は、特定電力負荷分の積算購入電力量Wbが計画誤差最大閾値Wth1(t)以上となったか否かを判定する。ここで、Wb≧Wth1(t)と判定された場合には、補助電源モード切替動作を実行した後に(ステップS30)、ステップS34に移行し、Wb<Wth1(t)と判定された場合には、補助電源モード切替動作は行わずにステップS34に移行する。ここで、「補助電源モード切替動作」とは、積算購入電力量Wbが計画誤差最大閾値Wth1(t)以下となるように給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの切り換えを行う動作であり、その詳細については後述する(図8,(2.4)参照)。

0059

ステップS34において、コントローラ4は、現時刻t+Δtが時間区Tjの終了時刻tej=tsj+Tjに達したか否かを判定する。t+Δt<tejの場合には、時刻カウント変数tをt+Δtに更新し(ステップS35)、ステップS25の動作に戻る。t+Δtがtejに達した場合には、現在の時間区Tjにおいて商用電源から購入した積算購入電力量Wb0=Wb0(tej)を通信回線101を介してアグリゲータ・サーバ102へ送信するとともに、積算購入電力量Wb0,Wb=Wb(tej)を過去実績データ記憶部11のデータベースに登録し(ステップS36)、時間区Tjの単位時間区電力制御動作を終了する。

0060

(2.3)ベース削減電力量分補助電源切替動作
次に、図6のステップS21におけるベース削減電力量分補助電源切替動作の詳細について説明する。図7は、図6のベース削減電力量分補助電源切替動作を表すフローチャートである。

0061

まず、ステップS40では、初期補助電源モード切替部20は、過去実績データ記憶部11から、現在の曜日と同じ曜日で、且つ現在の時間区Tjと同じ時間区Tjの過去の積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)(i=1,…,N)を読み出す。ここで、過去の積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)は、1週間前の積算負荷消費電力量Wc(i;Tj)のデータであってもよいし、複数週分の過去の積算負荷消費電力量Wc(i;Tj)の統計的代表値平均値等)であってもよい。

0062

次に、初期補助電源モード切替部20は、読み出された過去の積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)(i=1,…,N)を大きい順にソートする(ステップS41)。ここで、ソート前の積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)のインデックスiの順列を(1,2,…,N)とし、ソート後の積算負荷消費電力量Wp(i;Tj)のインデックスiの順列を(α1,α2,…,αN)とする。このソートによって、インデックス順列の置換(1,2,…,N)→(α1,α2,…,αN)が行われ、Wp(i;Tj)の大きさは次式の順となる。

0063

0064

次に、初期補助電源モード切替部20は、時間区Tjにおける特定電力負荷L1〜LNの推定購入電力量Wsを次式により初期化する(ステップS42)。

0065

0066

次に、初期補助電源モード切替部20は、i=1,2,…,Nの順に(ステップS43)、推定購入電力量Wsが時間区Tjの計画購入電力量Wuよりも大きいか否かを判定し(ステップS43)、
(i)Ws>Wuの場合には、給電方向スイッチSW1,αiを補助電源装置2に接続する方向に設定して(ステップS45)、推定購入電力量WsをWs←Ws−Wp(αi;Tj)により更新し(ステップS46)、
(ii)Ws≦Wuの場合には、給電方向スイッチSW1,αiを商用電源に接続する方向に設定する(ステップS47)
という反復ループ動作を繰り返す(ステップS43〜S48)。この反復ループ動作が終わると、ベース削減電力量分補助電源切替動作を終了する。

0067

以上のような動作によって、推定購入電力量Wsが計画購入電力量Wu以下となるように、給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの接続方向の初期設定がなされる。この初期設定によって、少なくとも、時間区Tjの初期段階に於いて、時間区Tjの推定ベース削減電力量Wd(=ΣiWp(i;Tj)−Wu)分(図3参照)に近い消費電力分が補助電源装置2によって賄われるようになると推定される。

0068

(2.4)補助電源モード切替動作
次に、図6のステップS30における補助電源モード切替動作の詳細について説明する。図8は、図6の補助電源モード切替動作を表すフローチャートである。

0069

まず、ステップS60では、補助電源モード切替部18は、現在の時刻t〜t+Δtにおける各電力負荷の負荷消費電力量ΔWc(1;t)〜ΔWc(N;t)を大きい順にソートする。ここで、ソート前の負荷消費電力量ΔWc(i;t)のインデックスiの順列を(1,2,…,N)とし、ソート後の負荷消費電力量ΔWc(i;t)のインデックスiの順列を(α1,α2,…,αN)とする。このソートによって、インデックス順列の置換(1,2,…,N)→(α1,α2,…,αN)が行われ、ΔWc(i;t)の大きさは次式の順となる。

0070

0071

次に、補助電源モード切替部18は、現在の時刻tにおける切替後積算購入電力量Wb1を、現在の積算購入電力量Wbに初期化する(ステップS61)。

0072

次に、補助電源モード切替部18は、i=1,2,…,Nの順に(ステップS62)、
(S63)給電方向スイッチSW1,αiが、現在商用電源側に接続されている場合には、
(S64)給電方向スイッチSW1,αiを補助電源装置2側に切り替え、
(S65)切替後積算購入電力量Wb1をWb1←Wb1−ΔWc(αi;Tj)により更新し、
(S66)切替後積算購入電力量Wb1が時刻tの計画誤差最大閾値Wth1(t)よりも小さいか否かを判定し、Wb1<Wth1(t)の場合には、補助電源モード切替動作を終了し、Wb1≧Wth1(t)の場合には、反復ループを継続する
という反復ループ動作を繰り返す(ステップS62〜S67)。この反復ループ動作が終わると、補助電源モード切替動作を終了する。

0073

以上のような動作によって、時刻tの切替後積算購入電力量Wb1が時刻tの計画誤差最大閾値Wth1(t)未満となるように、給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの接続方向の切り替えがなされる。この切り替えによって、時刻t以降の積算購入電力量Wbが計画誤差最大閾値Wth1(t)未満に抑制される。

0074

(3)シミュレーション結果
最後に、本実施例の配電制御システム1によるDR要請時間帯の購入電力量の制御について、シミュレーションによる評価を行ったのでその結果を説明する。図9は、実施例1に係る配電制御システムの動作シミュレーション結果を示す図である。DR要請時間帯(配電制御時間帯)は11:30〜17:00、各時間区の幅は30分、単位計測時間Δtは1分、特定電力負荷の数は10個、各時間区の計画購入電力量Wuは120kW・min、マージン係数r(ステップS28)は1.0とした。計画誤差最大閾値Wth1(t)は、図4に示したような比例直線とし、Wth1s=0.2Wuとした。また、各電力負荷L1〜L10の過去の負荷消費電力量ΔWp(i;t)(図9(a))及び現在の負荷消費電力量ΔWc(i;t)(図9(c))は乱数を用いてランダムに作成した。図9(b)は、過去の負荷消費電力量ΔWp(1;t)〜ΔWp(10;t)の合計値である。図9(d)は、実施例1の配電制御システム1により配電制御を行ったときの各時間区Tjの積算購入電力量Wb(t)の時間変化を計算した結果である。図9(d)より、各時間区の終了時刻tejにおいて、積算購入電力量Wb(tej)は計画購入電力量Wu以下に抑えられるように制御されていることが分かる。尚、多くの時間区では最終的な積算購入電力量Wb(tej)は計画購入電力量Wuの近傍となっているが、時間区によっては、計画購入電力量Wuよりも10〜20%くらい最終的な積算購入電力量Wb(tej)が低い場合もある。しかし、ネガワット取引においては、計画購入電力量Wuよりも削減した分だけインセンティブが得られるため、この低くなる場合は特に問題とはならない。

0075

図10は、本発明の実施例2に係る配電制御システムのコントローラ4の機能構成を表すブロック図である。なお、全体構成は実施例1の図1と同様とする。また、図10において、実施例1の図2と同様の構成部分については、同符号を付して説明は省略する。

0076

本実施例の配電制御システム1では、実施例1と比べ、新たに、補助電源モード解除部19(補助電源モード解除手段)が追加された点が相違している。

0077

補助電源モード解除部19は、各給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの切り換え制御を行う。即ち、補助電源モード解除部19は、配電制御時間帯の各時間区Tj内の各時刻tにおいて、積算購入電力量Wb(t)が計画誤差最小閾値Wth2(t)を下回った場合、負荷消費電力量ΔWc(i;t)が小さい順に、当該負荷消費電力量ΔWc(i;t)に対応する給電方向スイッチSW1,iを補助電源装置2から商用電源の方向に切り替える操作を反復実行する。この反復実行操作は、補助電源装置2から商用電源への切り替え操作を行った電力負荷Liの負荷消費電力量ΔWc(i;t)の総和Δ”Wc(t)を積算購入電力量Wb(t)に加えた値(Wb0(t)+Δ”Wc(t))が計画誤差最小閾値Wth2(t)以上となる迄、繰り返し実行される。この補助電源モード解除部19の具体的な動作については以下で説明する。

0078

図11は、本発明の実施例2に係る配電制御システムの単位時間区電力制御動作を表すフローチャートである。尚、実施例2の配電制御システム1の全体動作については、実施例1の図5と同様であり、説明は省略する。図11の単位時間区電力制御動作を実施例1の図6の単位時間区電力制御動作と比較すると、ステップS22,S31,S32の部分のみが相違する。

0079

ステップS22では、購入計画設定部15は、開始時刻tsjにおいて、時間区Tjにおける計画購入電力量Wuに基づき、当該時間区Tj内の各時刻tにおける目標購入電力量W1(t)及び計画誤差最大閾値Wth1(t)を設定するのに加えて、計画誤差最大閾値Wth2(t)を設定する。計画誤差最大閾値Wth2(t)は、図12に示したように、目標購入電力量W1(t)から計画誤差最小閾値Wth2(t)を引いた最小許容誤差ΔWth2(t)(=W1(t)−Wth2(t))が、時間区Tjの開始時tsjから終了時tejにかけて増加するように設定される。尚、図12の例ではΔWth2(tsj)=0としているが、ΔWth2(tsj)>0(即ち、Wth2(tsj)<0)としてもよい。また、図12の例では計画誤差最大閾値Wth2(t)は時刻tに対し比例変化(直線変化)としているが、任意の曲線変化(但し、Wth2(t)≦W1(t):tsj≦t≦tej)としてもよい。

0080

ステップS29において、補助電源モード切替部18は、特定電力負荷分の積算購入電力量Wbが計画誤差最大閾値Wth1(t)以上となったか否かを判定する。ここで、Wb≧Wth1(t)と判定された場合には、補助電源モード切替動作を実行した後に(ステップS30)、ステップS34に移行する。一方、Wb<Wth1(t)と判定された場合には、
(S31)補助電源モード解除部19が、積算購入電力量Wbが計画誤差最小閾値Wth2(t)以下となったか否かを判定し、
(i)Wb>Wth2(t)と判定された場合には、ステップS34に移行し、
(ii)Wb≦Wth2(t)と判定された場合には、補助電源モード解除動作を実行した後に(ステップS32)、ステップS34に移行する。ここで、「補助電源モード解除動作」とは、積算購入電力量Wbが計画誤差最小閾値Wth2(t)以上となるように給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの切り換えを行う動作であり、その詳細については以下に説明する。

0081

図13は、図11の補助電源モード解除動作を表すフローチャートである。

0082

まず、ステップS80では、補助電源モード解除部19は、現在の時刻t〜t+Δtにおける各電力負荷の負荷消費電力量ΔWc(1;t)〜ΔWc(N;t)を小さい順にソートする。ここで、ソート前の負荷消費電力量ΔWc(i;t)のインデックスiの順列を(1,2,…,N)とし、ソート後の負荷消費電力量ΔWc(i;t)のインデックスiの順列を(α1,α2,…,αN)とする。このソートによって、インデックス順列の置換(1,2,…,N)→(α1,α2,…,αN)が行われ、ΔWc(i;t)の大きさは次式の順となる。

0083

0084

次に、補助電源モード解除部19は、現在の時刻tにおける切替後積算購入電力量Wb2を、現在の積算購入電力量Wbに初期化する(ステップS81)。

0085

次に、補助電源モード解除部19は、i=1,2,…,Nの順に(ステップS82)、
(S83)給電方向スイッチSW1,αiが、現在補助電源装置2側に接続されている場合には、
(S84)給電方向スイッチSW1,αiを商用電源側に切り替え、
(S85)切替後積算購入電力量Wb2をWb2←Wb2+ΔWc(αi;Tj)により更新し、
(S86)切替後積算購入電力量Wb2が時刻tの計画誤差最小閾値Wth2(t)以上か否かを判定し、Wb2≧Wth2(t)の場合には、補助電源モード解除動作を終了し、Wb2<Wth2(t)の場合には、反復ループを継続する
という反復ループ動作を繰り返す(ステップS82〜S87)。この反復ループ動作が終わると、補助電源モード解除動作を終了する。

0086

以上のような動作によって、時刻tの切替後積算購入電力量Wb2が時刻tの計画誤差最小閾値Wth2(t)以上となるように、給電方向スイッチSW1,1〜SW1,Nの接続方向の切り替えがなされる。この切り替えによって、時刻t以降の積算購入電力量Wbが計画誤差最小閾値Wth2(t)以上に制限され、時間区Tjの終了時刻tejにおける計画購入電力量Wuと積算購入電力量Wb(tej)との最終誤差Wu−Wb(tej)の大きさが抑制される。これにより、補助電源装置2の電力供給負担は実施例1の場合よりもより軽減されるため、蓄電池(E1〜EM)の必要充電容量の低減など、補助電源装置2の規模を小さくすることが可能となる。

実施例

0087

図14に、実施例2に係る配電制御システムの動作シミュレーション結果を示す。シミュレーションのパラメータ条件は、基本的に実施例1の図9と同様とし、各電力負荷L1〜L10の過去の負荷消費電力量ΔWp(i;t)及び現在の負荷消費電力量ΔWc(i;t)も、それぞれ図9(a),(c)と同じとした。但し、マージン係数r(ステップS28)は0.95とした。計画誤差最小閾値Wth2(t)は、図12に示したような比例直線とし、Wth2e=0.9Wuとした。図14は、実施例2の配電制御システム1により配電制御を行ったときの各時間区Tjの積算購入電力量Wb(t)の時間変化を計算した結果である。図14より、各時間区の終了時刻tejにおいて、積算購入電力量Wb(tej)は計画購入電力量Wu以下に抑えられるように制御されていることが分かる。また、実施例1の図9(d)の場合と比較すると、各時間区Tjの終了時刻tejにおける積算購入電力量Wb(tej)は、より計画購入電力量Wuの近傍となることが分かる。

0088

1配電制御システム
2補助電源装置
3電力計
4コントローラ
5入出力線
SW1,1〜SW1,N給電方向スイッチ
SA1〜SAN負荷消費電力検出センサ
SW2充電スイッチ
G補助発電機
E1〜EM蓄電池
AD1〜ADM双方向AC/DCコンバータ
SW3,1〜SW3,M充放電スイッチ
SW4 補助発電機スイッチ
100変圧器
101通信回線
102アグリゲータ・サーバ
L0一般電力負荷
L1〜LN特定電力負荷
10 DRデータ記憶部
11過去実績データ記憶部
12負荷消費電力量検出部
13実績データ蓄積部
14全負荷購入電力量積算部
15購入計画設定部
16 積算購入電力量算出部
17 全電力量積算部
18補助電源モード切替部
19 補助電源モード解除部
20初期補助電源モード切替部
21 購入電力量送受信部
22内部時計
23リセット部

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