(57)【要約】【課題】負荷の将来需要を予測した予測値に大きな誤差を含む場合でも、電力貯蔵機器を効率良く稼働させることができる電力貯蔵機器の制御方法、電力貯蔵機器制御装置及び電力貯蔵システムを提供する。【解決手段】負荷５０に電力を供給する電力貯蔵機器２０の制御方法は、現在の時刻から所定期間前までの負荷５０による使用電力の実績値に基づいて、現在の時刻より後の負荷５０による使用電力の予測値を算出するステップと、この予測値に基づいて、現在の次の時刻の電力貯蔵機器の放電量を決定するステップと、を有し、所定の時間間隔で、予測値を算出するステップ及び放電量を決定するステップを繰り返し実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する電力貯蔵機器の制御方法であって、
現在の時刻から所定期間前までの前記負荷による使用電力の実績値に基づいて、現在の時刻より後の前記負荷による使用電力の予測値を算出するステップと、
前記予測値に基づいて、現在の次の時刻の前記電力貯蔵機器の放電量を決定するステップと、を有し、
所定の時間間隔で、前記予測値を算出するステップ及び前記放電量を決定するステップを繰り返し実行することを特徴とする電力貯蔵機器の制御方法。
【請求項２】
前記予測値を算出するステップは、前記実績値に基づいて、現在の時刻より後の前記負荷による使用電力の予測値の中心値及び誤差幅を算出し、前記予測値の中心値及び前記誤差幅により、補正された予測値を算出するように構成され、
前記放電量を決定するステップは、前記補正された予測値に基づいて、現在の次の時刻の前記電力貯蔵機器の放電量を決定するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力貯蔵機器の制御方法。
【請求項３】
前記予測値を算出するステップは、次式により前記補正された予測値を算出することを特徴とする請求項２に記載の電力貯蔵機器の制御方法。
Ｐｅ′（ｔ）＝Ｐｅ（ｔ）＋α×σ（ｔ）
但し、
Ｐｅ（ｔ）：前記予測値の中心値
σ（ｔ）：標準偏差
α：係数
α×σ（ｔ）：前記誤差幅
ｔ：時刻
【請求項４】
前記係数は負の値であることを特徴とする請求項３に記載の電力貯蔵機器の制御方法。
【請求項５】
前記電力貯蔵機器の残量に基づいて前記係数を変化させることを特徴とする請求項３または４に記載の電力貯蔵機器の制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力貯蔵機器の制御方法が実装され、電力貯蔵機器の放電動作を制御することを特徴とする電力貯蔵機器制御装置。
【請求項７】
負荷に電力を供給する電力貯蔵機器と、
前記電力貯蔵機器の放電動作を制御する請求項６に記載の電力貯蔵機器制御装置と、を有することを特徴とする電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵機器の制御方法、電力貯蔵機器制御装置及び電力貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要家内に設置する電力貯蔵システムの設置目的にはいくつかあるが、その一つに電気料金の削減が挙げられる。具体的には、貯めた電気を高需要時に放電することで、最大電力抑制による契約電力減、すなわち電気料金の基本料金の削減が図られる。電力貯蔵システムは、一般に、実際に電力を充電・放電する電力貯蔵機器と、その充放電を制御する電力貯蔵機器制御装置（以下、単に「制御装置」と呼ぶ）からなる。制御装置が充放電量を決定するにあたっては、将来の高需要時に放電するために電力を温存する必要がある一方、最大電力を抑制するために、高需要時に適切な量を放電したり、最大電力を更新しない範囲で適時に充電して後の放電に備えたりするなど、充放電の適切なコントロールが重要である。そのため、従来は電力需要（負荷で使用された電力）を監視し、電力需要が契約電力を超えた分を放電するように制御し、結果として受電電力を契約電力以内とするような種々の制御装置が開発されてきた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１６４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
契約電力が所与であるならば、従来の制御装置でも電力貯蔵機器の効率的な制御が可能である。しかしながら、近年普及している契約電力を実量制（過去１年間の最大需要電力が契約電力）とする契約では、当日の需要カーブを予測し（需要予測を行い）、その需要カーブと現時点での電池残量とをもとに充放電を割り当てることによる、受電電力を最大限抑制した形での充放電を行う必要がある。ところが、一需要家の需要予測を精度よく行うことは困難であり、予測値には大きな誤差を含み、このため上記の制御は、事実上は困難であるという課題があった。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、負荷の将来需要を予測した予測値に大きな誤差を含む場合でも、電力貯蔵機器を効率良く稼働させることができる電力貯蔵機器の制御方法、この電力貯蔵機器の制御方法が実装された電力貯蔵機器制御装置、及び、この電力貯蔵機器制御装置を有する電力貯蔵システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る電力貯蔵機器の制御方法は、負荷に電力を供給する電力貯蔵機器の制御方法であって、現在の時刻から所定期間前までの負荷による使用電力の実績値に基づいて、現在の時刻より後の負荷による使用電力の予測値を算出するステップと、この予測値に基づいて、現在の次の時刻の電力貯蔵機器の放電量を決定するステップと、を有し、所定の時間間隔で、予測値を算出するステップ及び放電量を決定するステップを繰り返し実行することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る電力貯蔵機器の制御方法において、予測値を算出するステップは、実績値に基づいて、現在の時刻より後の負荷による使用電力の予測値の中心値及び誤差幅を算出し、予測値の中心値及び誤差幅により、補正された予測値を算出するように構成され、放電量を決定するステップは、補正された予測値に基づいて、現在の次の時刻の電力貯蔵機器の放電量を決定するように構成されることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る電力貯蔵機器の制御方法において、予測値を算出するステップは、次式により補正された予測値を算出することが好ましい。
Ｐｅ′（ｔ）＝Ｐｅ（ｔ）＋α×σ（ｔ）
但し、
Ｐｅ（ｔ）：予測値の中心値
σ（ｔ）：標準偏差
α：係数
α×σ（ｔ）：誤差幅
ｔ：時刻
【０００９】
また、本発明に係る電力貯蔵機器の制御方法において、係数は負の値であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る電力貯蔵機器の制御方法は、電力貯蔵機器の残量に基づいて係数を変化させることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る電力貯蔵機器制御装置は、上述した電力貯蔵機器の制御方法が実装され、電力貯蔵機器の放電動作を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電力貯蔵システムは、負荷に電力を供給する電力貯蔵機器と、この電力貯蔵機器の放電動作を制御する上述した電力貯蔵機器制御装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明を以上のように構成すると、負荷の将来需要を予測した予測値に大きな誤差を含む場合でも、電力貯蔵機器を効率良く稼働させることができる電力貯蔵機器の制御方法、この電力貯蔵機器の制御方法が実装された電力貯蔵機器制御装置、及び、この電力貯蔵機器制御装置を有する電力貯蔵システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電力貯蔵システムの構成を示すブロック図である。
【図２】充放電量決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】負荷の使用電力の予測値を説明するためのグラフである。
【図４】充放電量決定処理における係数αと削減達成率との関係を説明するためのグラフである。
【図５】充放電量決定処理により電力貯蔵機器が運転されたときの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本発明に係る電力貯蔵機器の制御方法が実装された電力貯蔵機器制御装置（制御装置）を有する電力貯蔵システムの構成について説明する。この電力貯蔵システム１０は、二次電池等で構成される電力貯蔵機器２０と、この電力貯蔵機器２０の運転状態を制御する制御装置３０とから構成されている。電力貯蔵機器２０は、制御装置３０からの指令信号に応じて、系統４０から電力供給を受けて電力を蓄える（充電する）か、若しくは、蓄えられた電力を負荷５０に供給する（放電する）ように構成されている。
【００１６】
制御装置３０は、電力貯蔵機器２０を制御するためのデータ等を記憶する記憶部３２と、記憶部３２に記憶されたデータに基づいて電力貯蔵機器２０の充放電量を決定する処理部３１と、を有して構成されている。なお、処理部３１はコンピュータのＣＰＵ等で構成され、記憶部３２はハードディスク等で構成される。また、この処理部３１で実行される主な機能としては、負荷５０で使用される電力（現在の需要）を計測し、所定の時間間隔（例えば３０分）で、その時間間隔の間の使用電力を記憶部３２に履歴情報として記憶する処理と、記憶部３２に記憶された負荷５０の使用電力の履歴情報（上述した、例えば３０分ごとの値）から、需要予測を行って電力貯蔵機器２０の充放電量を決定する処理と、を有している。
【００１７】
それでは、制御装置３０の処理部３１で実行される電力貯蔵機器２０の充放電量を決定する処理（以下、「充放電量決定処理」と呼ぶ）について図２〜図５を用いて説明する。なお、ここでは、所定の時間間隔を３０分とする（すなわち、３０分毎に使用電力を記憶し、また、電力貯蔵機器２０の充放電量を３０分刻みで決定する）ように構成した場合について説明する。
【００１８】
この充放電量決定処理は、上述した所定の時間間隔（３０分）で、処理部３１により実行される処理であり、図２に示すように、処理部３１は、充放電量決定処理を開始すると、まず、記憶部３２から、現在の時刻（「ｔn」とする）から所定期間前まで（例えば「３ヶ月前まで」）の使用電力の履歴情報（実績値、実績需要）を読み出す（ステップＳ１００）。そして、この履歴情報から、現在の次の時刻（「ｔn+1」とする）から所定時間先までの負荷４０の予測需要、すなわち、この負荷５０で使用される電力の予測値（予測値の中心値であるが、以下、単に「予測値」と呼ぶ）を算出する（ステップＳ１１０）。この所定時間は例えば２４時間であって、以下「Ｎ」とし（但し、３０分刻みであるためＮ＝４８となる）、時刻ｔにおける予測値（中心値）をＰｅ（ｔ）とすると、Ｐｅ（ｔn+1），Ｐｅ（ｔn+2），…，Ｐｅ（ｔn+N）が算出される。予測需要の算出方法は、例えば、上述した履歴情報を用いて回帰分析により行われるが、他の方法を用いてもよい。なお、このステップＳ１１０で予測値Ｐｅ（ｔ）を求めるときに、中心値であるＰｅ（ｔ）を算出した時刻毎の標準偏差（この標準偏差をσ（ｔ）とすると、σ（ｔn+1），σ（ｔn+2），…，σ（ｔn+N））を算出する。
【００１９】
図３は、８時３０分までの実績需要（負荷５０で実際に使用された電力の履歴情報であって、図３において太い実線で表示されている）に基づいて、９時からの予測需要を求めたグラフである。細い実線は予測値（中心値）Ｐｅ（ｔ）を示している。また、図３の横軸は時刻を示し、縦軸は使用電力（実績需要及び予測値）を示している。なお、図３は、使用電力の実績値（実績需要）を合わせて表示するため、０時から２３時３０分の２４時間分のグラフとしているが、実際の予測値Ｐｅ（ｔ）及び標準偏差σ（ｔ）は、９時から翌日の８時３０分までの２４時間分が算出される。
【００２０】
次に、処理部３１は、予測値Ｐｅ（ｔ）と標準偏差σ（ｔ）により、以下に示す式（１）に基づいて、各時刻の負荷５０の使用電力の予測値の補正値（時刻ｔにおける補正値をＰｅ′（ｔ）とすると、Ｐｅ′（ｔn+1），Ｐｅ′（ｔn+2），…，Ｐｅ′（ｔn+N））を算出する（ステップＳ１２０）。なお、以降の説明において、この式（１）におけるα×σ（ｔ）を誤差幅と呼ぶ。
【００２１】
Ｐｅ′（ｔ）＝Ｐｅ（ｔ）＋α×σ（ｔ）  （ｔ＝ｔn+1，ｔn+2，…，ｔn+N）  （１）
但し、
α：係数
【００２２】
そして、処理部３１は、現在の時刻の需要Ｐ（ｔn）と、２４時間分の予測需要の補正値Ｐｅ′（ｔ）と、過去の最大電力（既往最大電力）と、現在の時刻の電力貯蔵機器２０の電池残量とに基づいて、現在の次の時刻（ｔn+1）の電力貯蔵機器２０の充放電量Ｄ（ｔn+1）を決定し、この充放電量Ｄ（ｔn+1）に基づいて電力貯蔵機器２０に対して指令信号を出力する（ステップＳ１３０）。なお、ここでは充放電量の決定方法の説明は省略するが、公知の手法を用いることができる。また、充放電量Ｄ（ｔn+1）は、その値の正負により、充電量か放電量かを区別してもよい。
【００２３】
一般に、数学的手法により予測値を求める場合、予測値の中心値(最も発生する可能性が高い値であって上述した予測値Ｐｅ（ｔ）)の他に、信頼区間（所定の確率で値がこの範囲内に収まるという範囲）を規定するための値であって、上述した標準偏差σ（ｔ）を求めることができる。予測需要を用いて電力貯蔵機器２０の電力充放電パターンを決定するにあたっては、最も確実性の高い中心値（予測値Ｐｅ（ｔ））を用いるのが一般的である。これは、実際の需要が予測値と一致するならば、最適な制御となり、問題はない。
【００２４】
しかし、一需要家の予測需要を精度良く求めることは困難で、実際の需要が予測値を外れることはごく普通のことである。そのため、中心値（予測値Ｐｅ（ｔ））を使う手法では、実際の需要が予測値を外れた場合には、最適制御からは大きく異なった制御となり、電力貯蔵機器２０の効果が十分に発揮できないこととなる。
【００２５】
本実施形態においては、負荷５０の予測需要として、予測値の中心値（Ｐｅ（ｔ））ではなく、上述した式（１）に示すように、その信頼区間（上振値＝外れたとしてもこの値以下、下振値＝外れたとしてもこの値以上）である誤差幅α×σ（ｔ）に基づいて補正値Ｐｅ′（ｔ）を算出し、この補正値Ｐｅ′（ｔ）を用いることにより、予測が外れた場合でも最適性を大きく損なうことのない制御が可能となる。上述した式（１）において、係数αが正の値のときに誤差幅α×σ（ｔ）も正の値となるため、予測需要は上振値となり、係数αが負の値のときに誤差幅α×σ（ｔ）も負の値となるため、予測需要は下振値となり、係数αが０のときに予測需要は予測値の中心値となる。また、図３には、上振値が破線で示され、下振値が一点鎖線で示されている。負荷５０の予測需要として上振れ側を採用する場合は、途中で電力貯蔵機器２０の電池残量が空になり、以降無制御となるリスクは小さくなるものの、電池残量を十分活用しないリスクは高くなる。一方、下振れ側を採用する場合は、電力貯蔵機器２０の電池残量を少なくして十分活用することができるが、途中で電池残量が空になる（０になる）リスクが高くなる。
【００２６】
実際に、信頼区間のどの値を用いるかは、需要の形状や変動の度合い、電力会社との受電契約の形態、電力貯蔵機器２０の容量や効率等により異なるため、一概に定めることはできず、事前のシミュレーション等により決定する。例えば、電力会社との受電契約において、基本料金（契約電力（ｋＷ）に応じて定まる月額料金）が低額で、契約電力（ｋＷ）超過時の違約金が高額であるならば、予測の上振れ側、例えば９９％上振値（９９％の確率でこの値以下となる値）を用いて極力、契約超過をさせないことが最も経済的な制御となるであろう。また、需要に対し電力貯蔵機器２０の容量が大きい場合は、下振れ側を用いて積極的に受電電力を下げることが最も経済的な制御となるであろう。
【００２７】
図４は、電力の使用パターンが異なる複数の需要家（Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１）に対して、本実施形態に係る充放電決定処理を用いて電力貯蔵機器２０を運転したときの削減達成率を、式（１）の係数αを変化させて、すなわち、誤差幅α×σ（ｔ）を変化させて予測需要を算出し、この予測需要に基づいて電力貯蔵機器２０を制御したときを比較したグラフを示している。このグラフにおいて、横軸が係数αを示し、縦軸が削減達成率を表している。ここで、削減達成率は、以下のように定義している。
【００２８】
削減達成率［％］
＝（導入前最大需要−最大需要）／（導入前最大需要−最抑制最大需要）
【００２９】
削減達成率が１００％のときは、需要を完全に予測できた最適制御の場合と同一の結果となったことを示している。この図４から明らかなように、係数αを負の値（特に、α＜−２．５、α＜−３．０、または、α＜−４．０）とすることにより、需要パターンが異なっても、電力貯蔵機器２０を効率良く運転し、且つ安定した削減達成率を得ることができることが分かる。
【００３０】
図５は、本実施形態に係る充放電量決定処理により、電力貯蔵機器２０を制御した結果の一例を示すグラフである。過去の最大電力（既往最大電力）は超えているが、電力貯蔵機器２０を活用しないとしたときの最大電力（導入前最大電力）を低減させた最大電力（導入後最大電力）になるように電力貯蔵機器２０が運転されており、且つ、電池残量もほぼ使い切っているため、この電力貯蔵機器２０が最適に運用されていることが分かる。
【００３１】
なお、以上の説明では、誤差幅α×σ（ｔ）を求めるための係数αを一定の値に固定した場合について説明したが、補正値（上振値又は下振値）を決定するための係数αは制御の期間中一定である必要はなく、負荷５０の状態や電力貯蔵機器２０の状態に応じて変化させてもよい。具体的には、電力貯蔵機器２０の電池残量が多い時点においては積極活用側（下振れ側であって、係数αが負の値）で制御し、電池残量が少ない時点においては保守側（上振れ側であって、係数αが正の値）を採用することによって、より最適な制御が可能となる。
【００３２】
また、式（１）による補正値Ｐｅ′（ｔ）で電力貯蔵機器２０の充放電量を決定するのではなく、予測値の中心値Ｐｅ（ｔ）で決定する場合は、上述したステップＳ１２０において、α＝０として補正値を求めてもよいし、補正値を求めるステップＳ１２０を実行せず、ステップＳ１３０で予測値の中心値を用いて電力貯蔵機器２０の充放電量を決定するように構成してもよい。
【００３３】
以下に、本実施形態に係る電力貯蔵機器の制御方法の主な効果をまとめる。
【００３４】
第１に、本実施形態に係る電力貯蔵機器の制御方法は、従来の一日の需要予測（日負荷曲線）を基に電力貯蔵機器２０の充放電を制御するのではなく、所定の時間間隔（例えば３０分）で逐次先の需要予測を繰り返し、その変化する予測需要に対し、最大電力を抑制する目標値を過去の最大電力履歴や電池残量を考慮しながら計算し、充放電量を決定するプロセスを繰り返すことで、最大電力の抑制量を最大化することに近づけることができる。
【００３５】
なお、各需要家の負荷が電力を使用するパターンは、曜日等により大きく異なるが（例えば、休日は設備が稼働しないため、使用電力が低くなり、また、昼休みに使用電力が低下しない）、上述したように、本実施形態に係る電力貯蔵機器の制御方法を用いることにより、所定期間（例えば、３ヶ月分）の履歴情報（実績需要）に基づいて予測需要（予測値Ｐｅ（ｔ））と誤差幅（α×σ（ｔ））を求めることにより、運転当日の電力の使用パターンを考慮することなく、電力貯蔵機器２０を効率良く稼働させることができる。
【００３６】
第２に、本実施形態に係る電力貯蔵機器の制御方法は、予測した需要（予測値Ｐｅ（ｔ））をそのまま用いるのではなく、必要に応じ上振予測値や下振予測値（補正値Ｐｅ′（ｔ））を利用してすることにより、予測の誤差を補い、電力貯蔵機器２０が放電しすぎることによる後のピークに対する電池枯渇のリスク及び、放電しなさすぎることによる電池の最大限利用を妨げるリスクの両者のバランスをとることで、最大限のピーク電力抑制に寄与することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電力貯蔵システム
２０  電力貯蔵機器
３０  電力貯蔵機器制御装置（制御装置）
４０  系統
５０  負荷
【図１】
2018057092.tif 000003
【図２】
2018057092.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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