(57)【要約】【課題】発電体により発電された電力を貯蔵する蓄電部及び負荷の各要素を有する需要家に電力量融通制御装置を設けてシステム構成することは知られているが、システムを効果的に制御するものはない。【解決手段】、需要家を複数設け、需要家間で電力量融通制御装置を介して電力量の融通制御を行う。また、電力量融通制御装置は、蓄電部に充電された電力貯蔵残量に応じて需要家内の負荷への電力供給、及び電力供給停止の制御を実行する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電体により発電された電力を貯蔵する蓄電部及び負荷の各要素を有する需要家に電力量融通制御装置を設け、この電力量融通制御装置によって電力制御を行う電力システムにおいて、
前記需要家を複数設け、需要家間で前記電力量融通制御装置を介して電力量の融通制御を行うことを特徴とした電力システムの電力量融通制御方法。
【請求項２】
前記電力量融通制御装置は、蓄電部に充電された電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以上となったときに売電要求を発生し、要求応答有りのときに他の需要家に電力量を供給することを特徴とした請求項１記載の電力システムの電力量融通制御方法。
【請求項３】
前記電力量融通制御装置は、蓄電部に充電された電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以下となったときに買電要求を発生し、要求応答有りのときに他の需要家から電力量の融通を受けることを特徴とした請求項１又は２記載の電力システムの電力量融通制御方法。
【請求項４】
前記需要家の集合で需要家集団を構成して共通の蓄電部を設置すると共に、需要家集団を統括する電力量融通制御装置を設け、この電力量融通制御装置は、需要家集団内での買電要求の有無を監視し、買電要求有のときに前記蓄電部の電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以上であるか否かを判断し、定められた所定値以上の時に応答信号を発生して買電要求先に電力量を融通するよう制御することを特徴とした請求項１乃至３記載の電力システムの電力量融通制御方法。
【請求項５】
前記需要家集団の電力量融通制御装置は、売電要求の有無を監視し、売電要求有のときに前記蓄電部の電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以下であるか否かを判断し、定められた所定値以下の時に応答信号を発生して電力量の融通を受けるよう制御することを特徴とした請求項４記載の電力システムの電力量融通制御方法。
【請求項６】
前記需要家集団の複数でネットワーク構成し、各需要家集団の電力量融通制御装置は、自需要家集団内の蓄電部の電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以上であるか否かを判断し、定められた所定値以上の時に売電要求を発生し、他の要家集団から受け入れ応答があったときに電力量を融通するよう制御することを特徴とした請求項４又は５記載の電力システムの電力量融通制御方法。
【請求項７】
前記需要家集団の電力量融通制御装置は、蓄電部の電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以下となったことを判断して買電要求を発生し、要求受け入れ応答有り時に他の需要家集団から電力量の融通を受けるよう制御することを特徴とした請求項６記載の電力システムの電力量融通制御方法。
【請求項８】
前記電力量融通制御装置は、蓄電部での電力貯蔵残量、発電体による発電量の予測、及び電力消費量の予測を基に電力量の融通の量、融通の時間帯を制御することを特徴とした請求項１乃至７の何れかに記載の電力システムの電力量融通制御方法。
【請求項９】
前記電力量の授受は、直流で実行されることを特徴とした請求項１乃至８記載の電力システムの電力量融通制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力システムの電力量の制御方法に係り、特に電力需要家間での電力量を融通し合うときの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統は大規模発電所を頂点とし、需要家を裾野とする放射状の系統が基本となって、非常に広域に亘り、大規模な単一システムに構成されている。この単一システムでは、化石燃料を用いて大規模で、且つ集中的に発電された電力は、長距離、大電力送電されて各需要地に分配されることにより、環境問題や送電途中で損失することに基づくエネルギー効率など環境コストが問題として挙げられている。その解決手段の一つとして太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの導入が進んでいるが、配電線への逆潮流の増大、非定常的な発電の電力系統への影響が大きな問題となりつつある。
【０００３】
また、大規模な電力系統のネットワーク構造のままでは、電力自由化の進展による不確定要因の増大や、この不確定要因の解消のためのコスト負担増が懸念されている。
【０００４】
上記の観点から、近年、自立分散型電力ネットワークの研究がなされ、非特許文献のような調査報告書が出されている。この文献には、電力の融通システムの概念が導入されている。この電力融通システムは、電力の生産、消費、備蓄、配給などを行う各要素から構成されるものであるが、これは、従来のような分散電源とは異なり、電力の生産、消費、備蓄、配給などを行う各要素を含む地域的または電気的に限定された集まりである。
【非特許文献１】平成１５年度調査報告書NEDO−Ｐ−０３０４「自立分散型電力システムネットワークの可能性調査」平成１６年３月、新ネルギー・産業技術総合開発機構、委託先  財団法人産業創造研究所
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１には、電力の融通システムによるネットワークや、ネットワークを構築するための機器については記載されているが、電力の融通システムにおける電力量の授受などにおける具体的な手法については記載されていない。
【０００６】
そこで、本発明が目的とするところは、電力需要家間での電力量の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１は、発電体により発電された電力を貯蔵する蓄電部及び負荷の各要素を有する需要家に電力量融通制御装置を設け、この電力量融通制御装置によって電力制御を行う電力システムにおいて、
前記需要家を複数設け、需要家間で前記電力量融通制御装置を介して電力量の融通制御を行うことを特徴としたものである。
【０００８】
本発明の第２は、前記電力量融通制御装置は、蓄電部に充電された電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以上となったときに売電要求を発生し、要求応答有りのときに他の需要家に電力量を供給することを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の第３は、前記電力量融通制御装置は、蓄電部に充電された電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以下となったときに買電要求を発生し、要求応答有りのときに他の需要家から電力量の融通を受けることを特徴としたものである。
【００１０】
本発明の第４は、前記需要家の集合で需要家集団を構成して共通の蓄電部を設置すると共に、需要家集団を統括する電力量融通制御装置を設け、この電力量融通制御装置は、需要家集団内での買電要求の有無を監視し、買電要求有のときに前記蓄電部の電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以上であるか否かを判断し、定められた所定値以上の時に応答信号を発生して買電要求先に電力量を融通するよう制御することを特徴としたものである。
【００１１】
本発明の第５は、前記需要家集団の電力量融通制御装置は、売電要求の有無を監視し、売電要求有のときに前記蓄電部の電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以下であるか否かを判断し、定められた所定値以下の時に応答信号を発生して電力量の融通を受けるよう制御することを特徴としたものである。
【００１２】
本発明の第６は、前記需要家集団の複数でネットワーク構成し、各需要家集団の電力量融通制御装置は、自需要家集団内の蓄電部の電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以上であるか否かを判断し、定められた所定値以上の時に売電要求を発生し、他の要家集団から受け入れ応答があったときに電力量を融通するよう制御することを特徴としたものである。
【００１３】
本発明の第７は、前記需要家集団の電力量融通制御装置は、蓄電部の電力貯蔵残量が予め定められた電力貯蔵残量以下となったことを判断して買電要求を発生し、要求受け入れ応答有り時に他の需要家集団から電力量の融通を受けるよう制御することを特徴としたものである。
【００１４】
本発明の第８は、前記電力量融通制御装置は、蓄電部での電力貯蔵残量、発電体による発電量の予測、及び電力消費量の予測を基に電力量の融通の量、融通の時間帯を制御することを特徴としたものである。
【００１５】
本発明の第９は、前記電力量の授受は、直流で実行されることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、電力システムのネットワークの構築規模が任意に、且つ容易にできるものである。これによって、遍在し且つ大きく変動する発電体からの電力を有効に使うことができ、ネットワーク内での電力量の移送が少なく損失が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明が適用される想定電力システムを図５に示す。同図（ａ）で示すＬＣは需要家集団で、この需要家集団ＬＣは複数の需要家ＭＣと、補足的に電力量融通制御装置ＰＲや発電体Ｇ及び蓄電部など各要素を含む集合からなってネットワークが構成される。システムが大きくなった場合には需要家集団ＬＣは複数設けられ、各需要家集団ＬＣ間はそれぞれの電力量融通制御装置ＰＲを介して連係可能に構成され、相互の電力量融通が可能となっている。また、場合によっては、或る需要家集団ＬＣは商用交流電源から電力量の不足分が充当されるようになっている。
図５（ｂ）は需要家ＭＣの拡大図を示したもので、ここでは一般的な家庭を想定している。
【００１８】
図１は、図５（ｂ）で示す需要家ＭＣの電力量融通制御装置ＰＲ1の構成図を示したもので、太線はエネルギーの流路、細線は情報の流路である。１は出力電流制御型のＤＣ−ＤＣコンバータで、太陽発電ＰＶや風力発電などの発電体Ｇによって得られた電力を任意の直流の電圧電流値に変換する。２は蓄電部で、この蓄電部２は電気二重層キャパシタなどが用いられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１を介して入力された発電電力を蓄電する。３は出力電流制御型のＤＣ−ＤＣコンバータで、このコンバータ３は自需要家の蓄電部２に充電される量が少なくなったときに近隣する需要家から電力量の融通を受けるためのもので、コンバータ３を介して受けた電力量は蓄電部２に充電される。
【００１９】
４、６はそれぞれ電圧出力型のＤＣ−ＤＣコンバータで、コンバータ４は負荷５用に、コンバータ６は近隣する需要家へ電力量を融通するときに使用される。７はコントローラで、このコントローラ７は、１〜４及び６の各要素情報や当該需要家外からの情報をもとに蓄電部２の充放電制御や近隣需要家との電力量の授受制御を実行すると共に、図示省略しているが、過電流や過電圧、地絡、及び漏電などの保護動作も実行する。
なお、十分なる発電能力を有する発電体を備え、電力量の融通能力を有する需要家が近隣に存在する場合には、需要家によっては必ずしも発電体やＤＣ−ＤＣコンバータ１を必要としない。すなわち、需要家によっては電力の貯蔵と消費（負荷）と電力量融通制御装置の各要素のみの場合も存在する。また、電力量融通制御装置とは、需要家間の電力融通を行うための電力制御手段をいう。
【００２０】
図２は、需要家集団の電力量融通制御装置ＰＲの構成図を示したものである。
需要家集団用の電力量融通制御装置ＰＲは、各需要家ＭＣ対応の双方向の電力変換部１０と近隣する需要家集団との電力の授受を行うための電力量授受用双方向電力変換部２０を備えている。電力変換部１０は、電圧出力型のＤＣ−ＤＣコンバータ１１(図１のコンバータ６)と出力電流制御型のＤＣ−ＤＣコンバータ１２(図１のコンバータ３)を有し、また、電力変換部２０も同様にして電圧出力型のＤＣ−ＤＣコンバータ２１と出力電流制御型のＤＣ−ＤＣコンバータ２２を有している。各電力変換部はそれぞれ電気二重層キャパシタなどよりなる蓄電部３０に接続されている。
【００２１】
３１はＤＣ−ＤＣコンバータで、このコンバータ３１は発電体に対応して設けられたもので、電圧出力型のコンバータよりなって直流出力を蓄電部３０に出力して蓄える。３２は需要家集団ＬＣ内のコントローラで、図１で示すコントローラ７に相当する。
【００２２】
図３は、需要家ＭＣ1〜ＭＣnにおける電力の融通態様の状態例を示したものである。図３の各需要家ＭＣ1〜ＭＣnは発電体Ｇを有し、且つ電力量融通制御装置ＰＲ1、又は後述する需要家集団電力量融通制御装置ＰＲの動作も同様であるが、蓄電部２での電力貯蔵量を参照しながら電力融通／電力消費のためと動作を実行する。その動作のアルゴリズムは、例えば図４で示す模式図に基づいて実行される。
【００２３】
図４では、蓄電部の充電状態量に応じて０〜１００％の中でＡ〜Ｇのように任意の電力貯蔵残量率に区切り、例１ではＡ＝９６％以上を満充電とし、Ｂ＝９５%では「ほぼ満杯」、Ｃ＝９０％では「やや満杯」、Ｄ＝７０％では「半ば」、Ｅ＝５０％では「少量」、Ｆ＝２５％では「僅か」などのように電力貯蔵残量率を任意に区切る。そして、太陽光発電ＰＶやμ風力発電では１００％まで充電するが、融通された電力では９０％までの充電とする。また、電力貯蔵残量率２５％の「僅か」では、これ以下となった場合には非重要負荷を停電として冷蔵庫やパソコン等、一般家庭としては比較的重要と思われる負荷にのみ給電するなど予め定義しておく。なお、電力貯蔵残量率の区分については、例２や例３のような区分でもよく、蓄電部２の特性に合わせて任意に選定する。
【００２４】
各需要家ＭＣ1〜ＭＣnにおける電力量融通制御装置は、負荷制御時には次のようなステップで動作する。
Ｓ1：全負荷をオフしてＳ１に遷移する。
Ｓ2：蓄電部２の電力貯蔵残量はＦ以上か否かを判断し、Ｆ以上の比率の場合にはＳ３において全負荷をオン状態として使用可能とし、Ｆ以下の場合にはＳ４に遷移する。
Ｓ３：全負荷をオン状態としてＳ２に戻る。
Ｓ４：Ｓ２でＦ以下のときには、Ｓ４で電力貯蔵残量は予め定められた数％以上（Ｇの空状態ではない値）Ｆ以下であるか否かの判断がなされる。数％以上の場合にはＳ５に遷移して非重要負荷は全て停電とされ、重要負荷のみがオン状態に維持されてＳ２に戻る。Ｓ４で数％以下であった場合には重要負荷も停電状態とされ、残りの電力は電力量融通制御装置自身と非常用のみ残してＳ１に戻る。したがって、需要家内の電力融通も中止する。
Ｓ５：重要負荷のみオンしてＳ２に戻る。
【００２５】
或る需要家が売電したい時の電力量融通制御装置は、次のような動作を実行する。
Ｓ１１：外部出力をオフしてＳ１２に遷移する。
Ｓ１２：蓄電部における電力貯蔵残量はＢ以上かどうかを判断する。Ｂ以上の場合にはＳ１３に進み、Ｂ以下の場合にはＳ１１に戻る。
Ｓ１３：当該需要家から他の需要家に対して売電したいことの意思表示を発生する。
Ｓ１４：Ｓ１３で発生した売電要求に対して、要求受け入れの返答があった場合にはＳ１５に遷移し、要求受け入れ返答が無かった場合には、そのときの発電体からの電力は捨ててＳ１１に戻る。
Ｓ１５：Ｓ１４からの要求受け入れ返答あり信号に基づき、外部の受け入れ先需要家に対して融通可能な電力量を供給すべくＤＣ-ＤＣコンバータ６にオン信号を出力し、このコンバータを介してネットワークに出力してＳ１２に遷移する。
【００２６】
次に、自需要家で買電したい場合の電力量融通制御装置は、次のような動作を実行する。
Ｓ２１：外部入力をオフしてＳ２２に遷移する。
Ｓ２２：蓄電部における電力貯蔵残量を確認し、Ｄ以下の場合にはＳ２３に遷移し、Ｄ以上の場合にはＳ２６に遷移する。
Ｓ２３：Ｓ２２での蓄電部における電力貯蔵残量の確認結果、Ｄ以下の場合には買電要求を行なってＳ２４に遷移する。
Ｓ２４：Ｓ２３での買電要求に対して応答が無かった場合にはＳ２１〜Ｓ２３を繰り返して充電は中止され、応答有りの場合にはＳ２５に遷移する。
Ｓ２５：Ｓ２４で要求受け入れ返答があった場合には、外部より電力量を導入すべくＤＣ−ＤＣコンバータ３に対しオン信号を出力してネットワークからの所望電力量を導入してＳ２２戻る。
【００２７】
需要家集団ＬＣ内での電力量融通制御装置ＰＲは、当該需要家集団から他の需要家集団に売電したい場合には次の動作を実行する。
Ｓ３１：外部出力をオフしてＳ３２に遷移する。
Ｓ３２：買電要求が出ているか否かを判断する。買電要求が出ていない場合にはＳ３１に戻って要求有りまで繰り返し、要求有りの場合にはＳ３３に遷移する。
Ｓ３３：買電要求が出たとき、需要家集団内の蓄電部３０の電力貯蔵残量はＧの空状態ではない値の数％以上であるか否かを判断し、数％以下の場合にはＳ３１に戻り、数％以上の場合にはＳ３４に遷移する。
Ｓ３４：Ｓ３３での判断に基づき、数％以上であった場合には要求受け入れ信号を返信してＳ３５に遷移する。
Ｓ３５：要求需要家の電力変換部１０のＤＣ−ＤＣコンバータ１２に対してネットワークへの電力放出指令を出力してＳ３２に戻る。
【００２８】
需要家集団ＬＣ内での電力量融通制御装置ＰＲは、当該需要家集団内での買電要求に対して次の動作を実行する。
Ｓ４１：外部入力をオフしてＳ４２に遷移する。
Ｓ４２：売電要求の有無を判断し、要求無しの場合にはＳ４１に戻り、要求有りの場合にはＳ４３に遷移する。
Ｓ４３：Ｓ４２で売電要求有りの場合には、需要家集団内の蓄電部３０の電力貯蔵残量はＢ以上であるか否かを判断する。Ｂ以上である場合には、例え売電要求があっても応じないでＳ４１に戻り、Ｂ以下であったときにＳ４４に遷移する。
Ｓ４４：Ｓ４３での判断結果が、Ｂ以下であったときに要求受け入れ信号を返信してＳ４５に遷移する。
Ｓ４５：需要家の電力変換部１０のＤＣ−ＤＣコンバータ１１に対して充電開始指令を出力して当該需要家の蓄電部に貯蔵してＳ４２に戻る。
【００２９】
需要家集団間での電力売買の場合、他の需要家集団に売電するときの電力量融通制御装置ＰＲは、次の動作を実行する。
Ｓ５１：外部出力をオフ状態としてＳ５２に遷移する。
Ｓ５２：自需要家の電力貯蔵残量はＢ以上であるか否かを判断し、Ｂ以下ではＳ５１に戻って売電動作は実行しない。Ｂ以上のときにはＳ５３に遷移する。
Ｓ５３：Ｂ％以上の電力貯蔵残量があった場合に売電要求を発信してＳ５４に遷移する。
Ｓ５４：買い入れ応答があるか否かを判断し、買い入れ応答がない場合には自前の電力は捨ててＳ５１に戻り、応答有りの場合にはＳ５５に遷移する。
Ｓ５５：買い入れ応答があった場合、電力変換部２０のＤＣ−ＤＣコンバータ２１に対して当該需要家集団外への放電指令を出力してＳ５２に戻る。
【００３０】
需要家集団間での電力売買の場合で、他の需要家集団から買電するときの電力量融通制御装置ＰＲは、次の動作を実行する。
Ｓ６１：外部入力をオフ状態としてＳ６２に遷移する。
Ｓ６２：蓄電部３０での電力貯蔵残量はＤ以下であるか否かを判定し、Ｄ以下の場合にはＳ６４に遷移し、Ｄ以上と判断したときにはＳ６３に遷移する。
Ｓ６３：Ｓ６２で、蓄電部３０での電力貯蔵残量がＤ以上と判断されたときにはその残量はＢ以上であるか否かを判断し、Ｂ以上のときにはＳ６１に戻り、Ｂ以下のときにはＳ６４に遷移する。
Ｓ６４：Ｓ６２での判断結果が電力貯蔵残量はＤ以上の場合と、Ｓ６３での判断結果がＢ以下の場合に買電要求を出力してＳ６５に遷移する。
Ｓ６５：買電要求に対して、要求受け入れ応答があったか否かを判断し、応答無しの場合にはＳ６２に戻り、応答有りのときにはＳ６６に遷移する。
Ｓ６６：買電要求に対して、要求受け入れ応答があった場合に電力変換部２０のコンバータ２２に対して電力受け入れ信号を出力してＳ６２に戻る。
【００３１】
通常、家庭における電力量消費の挙動パターンは、朝と夜が比較的多く、特に昼間の午後では少ないのが一般である。したがって、発電容量や負荷容量、蓄電容量などを基に需要家毎、或いは需要家集団毎の電力量の挙動パターンを電力量融通制御装置に記憶させることによって予測運転が可能となる。すなわち、電力貯蔵量、発電量の予測、電力消費量の予測を基準としてデータ回線によるネゴシェーション、電力量融通とその量や時間帯などを決めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態を示す需要家の電力量融通制御装置の構成図。
【図２】本発明の実施形態を示す需要家集団の電力量融通制御装置構成図。
【図３】需要家間の電力量融通状態図。
【図４】電力貯蔵量と電力融通／電力消費時の電力量融通制御装置動作模式図
【図５】電力システムの構成図で、（ａ）は需要家集団、（ｂ）需要家。
【符号の説明】
【００３３】
１、３１、…出力電流制御型のＤＣ−ＤＣコンバータ  
２、３０…蓄電部  
３、１２、２２、…出力電流制御型のＤＣ−ＤＣコンバータ  
４、６、１１、２１…電圧出力型のＤＣ−ＤＣコンバータ
７、３２…コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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