(57)【要約】  独立系統に備えられる、電力の供給を継続することが強く要求される負荷への電力の供給が絶たれる危険性を低くし、独立系統を安定して運用する。独立系統において、自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機及び第１の負荷が電源系統に投入されており、自然エネルギー発電装置が発電電力を電源系統に供給しており、蓄電池システムが調整電源になっており、発電機が定電力運転を行っている場合に、自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機、第１の負荷及び第２の負荷の状態を示す情報が取得される。第１の負荷が電源系統に投入された状態を維持したまま、情報に基づいて、独立系統における電力の需給のバランスが維持されるように、自然エネルギー発電装置の運転、発電機の運転、第２の負荷の電源系統への投入及び第２の負荷の電源系統からの解列が制御される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立系統が電源系統、自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機、第１の負荷及び第２の負荷を備えており、前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機及び前記第１の負荷が前記電源系統に投入されており、前記自然エネルギー発電装置が発電電力を前記電源系統に供給しており、前記蓄電池システムが調整電源になっており、前記発電機が定電力運転を行っている場合に、前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機、前記第１の負荷及び前記第２の負荷の状態を示す情報を取得する取得部と、
前記第１の負荷が前記電源系統に投入された状態を維持したまま、前記情報に基づいて、前記独立系統における電力の需給のバランスが維持されるように、前記自然エネルギー発電装置の運転、前記発電機の運転、前記第２の負荷の前記電源系統への投入及び前記第２の負荷の前記電源系統からの解列を制御する制御部と、
を備えるエネルギーマネジメントシステム。
【請求項２】
前記制御部は、前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機、前記第１の負荷及び前記第２の負荷の少なくともひとつの予測された将来の状態に基づいて、指定された期間内に前記蓄電池システムの残存容量が充電末又は放電末に至らないように、前記自然エネルギー発電装置の運転、前記発電機の運転、前記第２の負荷の前記電源系統への投入及び前記第２の負荷の前記電源系統からの解列を制御する
請求項１のエネルギーマネジメントシステム。
【請求項３】
前記第２の負荷は、複数の負荷を備え、
前記制御部は、前記複数の負荷にそれぞれ割り当てられた複数の優先度を保持し、高い優先度が割り当てられた負荷が前記電源系統に優先的に投入され、低い優先度が割り当てられた負荷が前記電源系統から優先的に解列されるように、前記複数の負荷の前記電源系統への投入、及び前記複数の負荷の前記電源系統からの解列を制御する
請求項１又は２のエネルギーマネジメントシステム。
【請求項４】
前記制御部は、
前記独立系統における電力の供給が前記独立系統における電力の需要より多いと判定した場合は、前記自然エネルギー発電装置の発電電力を減少させる制御、前記発電機の発電電力を減少させる制御、及び前記第２の負荷に含まれる前記電源系統に未だ投入されていない負荷を前記電源系統に投入する制御の少なくともひとつを行い、
前記独立系統における電力の供給が前記独立系統における電力の需要より少ないと判定した場合は、前記自然エネルギー発電装置の発電電力を増加させる制御、前記発電機の発電電力を増加させる制御、及び前記第２の負荷に含まれる前記電源系統に既に投入されている負荷を前記電源系統から解列する制御の少なくともひとつを行う
請求項１から３までのいずれかのエネルギーマネジメントシステム。
【請求項５】
前記蓄電池システムは、互いに独立して充電することができ互いに独立して放電させることができる複数のユニットを備え、
前記制御部は、
大きな残存容量を有するユニットが優先的に放電させられるようにする前記蓄電池システムの応答特性の調整、
小さな残存容量を有するユニットが優先的に充電されるようにする前記蓄電池システムの応答特性の調整、
第１の設定温度以上の温度を有するユニットの放電最大電力が小さくなるようにする前記蓄電池システムの応答特性の調整、
第２の設定温度以上の温度を有するユニットの充電最大電力が小さくなるようにする前記蓄電池システムの応答特性の調整、
遅い劣化速度を有するユニットが優先的に充電され放電させられるようにする前記蓄電池システムの応答特性の調整、及び
劣化の少ないユニットが優先的に充電され放電させられるようにする前記蓄電池システムの応答特性の調整
の少なくともひとつを行う
請求項１から４までのいずれかのエネルギーマネジメントシステム。
【請求項６】
電源系統と、
自然エネルギー発電装置と、
蓄電池システムと、
発電機と、
第１の負荷と、
第２の負荷と、
請求項１から５までのいずれかのエネルギーマネジメントシステムと、
を備える独立系統。
【請求項７】
独立系統が電源系統、自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機、第１の負荷及び第２の負荷を備えており、前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機及び前記第１の負荷が前記電源系統に投入されており、前記自然エネルギー発電装置が発電電力を前記電源系統に供給しており、前記蓄電池システムが調整電源になっており、前記発電機が定電力運転を行っている場合に、前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機、前記第１の負荷及び前記第２の負荷の状態を示す情報を取得する工程と、
前記第１の負荷が前記電源系統に投入された状態を維持したまま、前記情報に基づいて、前記独立系統における電力の需給のバランスが維持されるように、前記自然エネルギー発電装置の運転、前記発電機の運転、前記第２の負荷の前記電源系統への投入及び前記第２の負荷の前記電源系統からの解列を制御する工程と、
を備える独立系統の運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーマネジメントシステム、独立系統及び独立系統の運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
離島、電力網の構築が進行中の遠隔地等に構築された系統は、他の系統に連系していない独立系統であるか、又は、通常時は他の系統に連系している非独立系統であっても、他の系統において停電が発生した場合等の非常時には独立系統となる。以下では、独立系統、及び非常時に独立系統となる系統を区別せずに独立系統と呼ぶ。【０００３】
独立系統は、脆弱である。このため、独立系統においては、長時間にわたる停電が発生する場合がある。【０００４】
独立系統において電力の供給を行うことができるようにするために、独立系統に多数の自然エネルギー発電装置を設置し蓄電池システムを併設することが検討されている。【０００５】
例えば、特許文献１に記載された独立型電力供給システムにおいては、太陽光発電装置及び蓄電装置が電力線に接続される（段落００１３）。独立型電力供給システムは、ディーゼル発電機等の慣性を有する回転機系の出力制御用の発電装置を備えない（段落００１３）。このため、蓄電装置は、電圧、周波数を維持するための運転を担う（段落００１３）。蓄電池の最大充電電力を超えて蓄電池に充電されることが予測される場合は、太陽光発電装置からの発電電力が抑制される（段落００４９）。また、蓄電池の最大放電電力を超えて蓄電池から放電されることが予測される場合は、調整用負荷の消費電力が抑制される（段落００４９）。【０００６】
自然エネルギー発電装置の発電量は、自然に依存し、不確定であり、大きな変動を有する。【０００７】
一方で、独立系統において自然エネルギー発電装置の発電電力及び蓄電池システムの残存容量が不足し独立系統に備えられる蓄電池システムの補機への電力の供給が絶たれた場合は、蓄電池システムに備えられる機器が故障又は劣化する場合がある。例えば、特許文献２には、ヒータに電源が供給されずに、ナトリウム−硫黄電池の温度が低下してしまうと、運転再開に時間を要し、単電池の故障の確率が高くなることが説明されている（段落００１２）。【０００８】
また、独立系統において自然エネルギー発電装置の発電電力及び蓄電池システムの残存容量が不足し独立系統に備えられる電源システムへの電力の供給が絶たれた場合は、電源システムを再起動する操作を行わない限り、電源システムの運転を再開することができない。しかし、電源システムを再起動する操作は、電源システムの操作に習熟した人でなければ行うことができない。一方で、独立系統が構築される離島、遠隔地等には、多くの場合は、電源システムの操作に習熟した人が常駐していない。このため、独立系統が構築された離島、遠隔地等に電源システムの操作に習熟した人が到着し電源システムを再起動する操作を行うまでに要する時間は長くなりがちであり、電源システムの運転を再開するのに要する時間は長くなりがちである。したがって、独立系統に備えられる電源システムへは、電力の供給を継続することが強く求められる。【０００９】
独立系統に多数の自然エネルギー発電装置が設置される場合は、これらのリスクが考慮され、多くの場合は、蓄電池システムの補機に電力を供給する電源を含む最低限の発電機も併設される。併設される発電機は、常用の発電機である場合もあるし、非常用の発電機である場合もある。また、発電機が併設される場合は、１台の発電機が併設されるに過ぎない場合もあるし、２台以上の発電機が併設される場合もある。【００１０】
自然エネルギー発電装置、蓄電池システム及び発電機を備える独立系統においては、発電機が主要な調整電源になり、蓄電池システムが電源系統の周波数を維持することをサポートする目的で補助的に運用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−１７６２３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−５１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
独立系統に発電機が併設される場合においても、独立系統における電力のピーク需要に見合う電力の供給を行うことができる容量を有する発電機を併設することは、経済性の観点から見て非合理的である。このため、独立系統に併設される発電機は、多くの場合は、独立系統における電力のピーク需要に見合う電力の供給を行うことができない。【００１３】
しかし、発電機が独立系統における電力のピーク需要に見合う電力の供給を行うことができない場合は、自然エネルギー発電装置による電力の供給量、及び負荷における電力の需要量等を予測しながら、蓄電池システムが充電末又は放電末となって停止することを避けつつ、負荷への電力の供給を長期間にわたって継続することは、容易ではない。このため、独立系統に備えられる、電力の供給を継続することが強く求められる負荷への電力の供給が絶たれる危険性が高まる。【００１４】
本発明は、この問題に鑑みてなされた。本発明が解決しようとする課題は、独立系統に備えられる、電力の供給を継続することが強く要求される負荷への電力の供給が絶たれる危険性を低くし、独立系統を安定して運用することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、エネルギーマネジメントシステム、独立系統、及び独立系統の運用方法に向けられる。【００１６】
独立系統は、電源系統、自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機、第１の負荷及び第２の負荷を備える。【００１７】
自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機及び第１の負荷が電源系統に投入されており、自然エネルギー発電装置が発電電力を電源系統に供給しており、蓄電池システムが調整電源になっており、発電機が定電力運転を行っている場合に、自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機、第１の負荷及び第２の負荷の状態を示す情報が取得される。【００１８】
第１の負荷が電源系統に投入された状態を維持したまま、情報に基づいて、独立系統における電力の需給のバランスが維持されるように、自然エネルギー発電装置の運転、発電機の運転、第２の負荷の電源系統への投入及び第２の負荷の電源系統からの解列が制御される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１の負荷及び第２の負荷の両方に電力の供給を継続することができない場合においても、第１の負荷への電力の供給を継続することができる。このため、独立系統に備えられる、電力の供給を継続することが強く要求される負荷への電力の供給が絶たれる危険性を低くすることができる。これにより、独立系統を安定して運用することができる。【００２０】
この発明の目的、特徴、局面及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の独立系統を模式的に図示する図である。
【図２】第１実施形態の独立系統に備えられるエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）を図示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
１  独立系統
図１は、第１実施形態の独立系統を模式的に図示する図である。
【００２３】
図１に図示される第１実施形態の独立系統１００は、電源系統１１０、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ、蓄電池システム１２１、Ｍ個の発電機１２２１，・・・，１２２Ｍ、重要負荷１２３、Ｎ個の一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎ、Ｌ個の遮断器１３０１，・・・，１３０Ｌ、遮断器１３１、Ｍ個の遮断器１３２１，・・・，１３２Ｍ、遮断器１３３、Ｎ個の遮断器１３４１，・・・，１３４Ｎ及びエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）１４０を備える。Ｌ，Ｍ及びＮは、１であってもよいし、２以上の整数であってもよい。独立系統１００が２個以上の蓄電池システムを備えてもよい。独立系統１００が遮断器に代えて又は遮断器に加えて開閉器等を備えてもよい。独立系統１００がこれらの要素以外の要素を備えてもよい。
【００２４】
負荷１５０は、重要負荷１２３と一般負荷１２４とに分類されている。一般負荷１２４はＮ個の一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎに分割されている。
【００２５】
電源系統１１０は、遮断器１６０を介して上位系統１６１に電気的に接続されている。以下では、遮断器１６０が開いており、独立系統１００が上位系統１６１に連系していないものとして、説明を進める。独立系統１００を上位系統１６１に連系させる連系手段が設けられない場合もある。
【００２６】
自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌは、それぞれ遮断器１３０１，・・・，１３０Ｌを介して電源系統１１０に電気的に接続されている。自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの各々は、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、地熱発電装置、太陽熱発電装置、バイオマス発電装置等である。自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの各々は、再生可能エネルギー発電装置等とも呼ばれる。
【００２７】
蓄電池システム１２１は、遮断器１３１を介して電源系統１１０に電気的に接続されている。蓄電池システム１２１は、蓄電池を備える。蓄電池は、ナトリウム−硫黄電池、レドックスフロー電池、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池等であり、望ましくはナトリウム−硫黄電池である。蓄電池システム１２１は、自立運転モードで動作することができる。蓄電池システム１２１は、自立運転モードで動作している間は、蓄電池が放電した電力を外部に供給する動作、及び外部から供給された電力により蓄電池を充電する動作を途切れなく切り替えることができる。したがって、蓄電池システム１２１は、電源系統１１０の電圧、周波数等を一定に維持する調整電源になることができる。独立系統１００が２個以上の蓄電池システムを備える場合は、２個以上の蓄電池システムが全体として蓄電池が放電した電力を外部に供給する動作、及び外部から供給された電力により蓄電池を充電する動作を途切れなく切り替えることができる。
【００２８】
発電機１２２１，・・・，１２２Ｍは、それぞれ遮断器１３２１，・・・，１３２Ｍを介して電源系統１１０に電気的に接続されている。発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの各々は、自然エネルギー発電装置でない、燃料を必要とする発電機であり、ディーゼル発電機、ガソリン発電機、ガス発電機等である。発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの各々は、常用の発電機であってもよいし、非常用の発電機であってもよい。発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの容量の合計は、重要負荷１２３における電力の需要より大きく、独立系統１００における電力のピーク需要より小さい。
【００２９】
重要負荷１２３は、遮断器１３３を介して電源系統１１０に電気的に接続されている。重要負荷１２３は、電力の供給を継続することが要求される第１の負荷である。
【００３０】
重要負荷１２３は、電力の供給が絶たれた場合に独立系統１００に備えられる機器の故障を引き起こす負荷、電力の供給が絶たれた場合に独立系統１００に備えられる機器の動作の再開に要する時間を長くする負荷等を含む。例えば、重要負荷１２３は、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ及び蓄電池システム１２１の補機を含む。補機は、制御装置を含む。蓄電池システム１２１に備えられる蓄電池がナトリウム−硫黄電池等の高温動作型の蓄電池である場合は、蓄電池システム１２１の補機は、高温動作型の蓄電池を加熱するヒータを含む。
【００３１】
重要負荷１２３が、電力の供給が絶たれた場合に独立系統１００が構築される離島、遠隔地等に望ましくない影響を与える負荷を含んでもよい。例えば、重要負荷１２３が、警察施設、消防施設、軍施設、病院、ライフライン施設等に設置される負荷を含んでもよい。
【００３２】
一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎは、それぞれ遮断器１３４１，・・・，１３４Ｎを介して電源系統１１０に電気的に接続されている。一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎは、重要負荷１２３とは異なる第２の負荷である。
【００３３】
ＥＭＳ１４０は、電源系統１１０、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ、蓄電池システム１２１、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍ、重要負荷１２３、一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎ、遮断器１３０１，・・・，１３０Ｌ、遮断器１３１、遮断器１３２１，・・・，１３２Ｍ、遮断器１３３及び遮断器１３４１，・・・，１３４Ｎの状態を示す情報１７０を取得する。また、ＥＭＳ１４０は、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ、蓄電池システム１２１、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍ、重要負荷１２３、一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎ、遮断器１３０１，・・・，１３０Ｌ、遮断器１３１、遮断器１３２１，・・・，１３２Ｍ、遮断器１３３及び遮断器１３４１，・・・，１３４Ｎを統合制御するための制御指令１７１を発行する。
【００３４】
独立系統１００においては、遮断器１３０１，・・・，１３０Ｌ、遮断器１３１、遮断器１３２１，・・・，１３２Ｍ及び遮断器１３３が閉じられている。このため、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ、蓄電池システム１２１、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍ及び重要負荷１２３が電源系統１１０に投入（並列）されている。したがって、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌは、発電電力を電源系統１１０に供給することができる。また、蓄電池システム１２１は、蓄電池が放電した放電電力を電源系統１１０に供給することができ、電源系統１１０から供給された充電電力により蓄電池を充電することができる。また、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍは、発電電力を電源系統１１０に供給することができる。また、重要負荷１２３には、電源系統１１０から電力が供給される。
【００３５】
また、独立系統１００においては、遮断器１３４１，・・・，１３４Ｎの開閉がＥＭＳ１４０により制御される。遮断器１３４１，・・・，１３４Ｎが閉じられている場合は、それぞれ一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎが電源系統１１０に投入されている。遮断器１３４１，・・・，１３４Ｎが開かれている場合は、それぞれ一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎが電源系統１１０から解列されている。
【００３６】
自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌが発電電力を電源系統１１０に供給している状態においては、蓄電池システム１２１は、自立運転モードで動作する。このため、蓄電池システム１２１は、電源系統１１０の電圧、周波数等が低下した場合は、電源系統１１０に電力の供給を行う。また、蓄電池システム１２１には、電源系統１１０の電圧、周波数等が上昇した場合は、電源系統１１０から電力の供給が行われる。したがって、蓄電池システム１２１は、電源系統１１０の電圧、周波数等を一定に維持する調整電源になっている。
【００３７】
また、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌが発電電力を電源系統１１０に供給している状態においては、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍは、連系運転モードで動作する。このため、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍは、定電力運転を行っており、一定の電力を電源系統１１０に供給している。したがって、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍは、調整電源になっていない。発電機１２２１，・・・，１２２Ｍは、ＥＭＳ１４０が制御指令１７１により発電機１２２１，・・・，１２２Ｍを定電力運転モードに設定することにより、連系運転モードで動作する。
【００３８】
定電力運転モードに設定された発電機１２２１，・・・，１２２Ｍは、一定の電力を発電する。このため、定格電力の付近で発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの運転を継続することができる。これにより、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの発電の効率を向上することができ、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍによる発電量当たりの燃料の消費を削減することができる。また、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの故障の頻度を低くすることができる。
【００３９】
２  エネルギーマネジメントシステム
図２は、第１実施形態の独立系統に備えられるＥＭＳを図示するブロック図である。
【００４０】
ＥＭＳ１４０は、図２に図示されるように、取得部１８０及び制御部１８１を備える。取得部１８０及び制御部１８１は、コンピュータにプログラムを実行させることにより構成される。取得部１８０及び制御部１８１が担う機能の全部又は一部が、プログラムを実行しないハードウェアにより担われてもよい。
【００４１】
３  短期的なバランスの維持
取得部１８０は、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌが発電電力を電源系統１１０に供給している場合に、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ、蓄電池システム１２１、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍ、重要負荷１２３及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの状態を示す情報１７０を取得する。取得される情報１７０により示される状態は、直前の状態である。
【００４２】
制御部１８１は、取得された情報に基づいて、独立系統１００における電力の需給のバランスが維持されるように、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの運転、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの運転、一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの電源系統１１０への投入及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの電源系統１１０からの解列を制御する。これにより、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ及び発電機１２２１，・・・，１２２Ｍによる電力の供給と、重要負荷１２３、及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎに含まれる電源系統１１０に投入されている一般負荷における電力の需要と、が互いに略一致させられる。電力の需要と電力の供給とのわずかな不一致は、蓄電池システム１２１により解消される。この制御が行われる際には、重要負荷１２３が電源系統１１０に投入された状態が維持される。また、この制御が行われる際に考慮されるバランスは、短期的なバランスである。
【００４３】
この制御によれば、重要負荷１２３及び一般負荷１２４の両方に電力の供給を継続することができない場合においても、重要負荷１２３への電力の供給を継続することができる。このため、独立系統１００に備えられる、電力の供給を継続することが強く要求される重要負荷１２３への電力の供給が絶たれる危険性を低くすることができる。これにより、独立系統１００を安定して運用することができる。
【００４４】
４  中長期的なバランスの維持
制御部１８１は、望ましくは、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ、蓄電池システム１２１、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍ、重要負荷１２３及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの少なくともひとつの将来の状態を予測する。また、制御部１８１は、予測した将来の状態に基づいて、指定された期間内に蓄電池システム１２１の残存容量が充電末又は放電末に至らないように、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの運転、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの運転、一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの電源系統１１０への投入及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの電源系統１１０からの解列を制御する。制御部１８１は、例えば現在の時刻から５時間が経過するまでの間に蓄電池システム１２１の残存容量が設定された範囲内に収まるように制御を行う。この制御が行われる際に考慮されるバランスは、中長期的なバランスである。
【００４５】
制御部１８１は、望ましくは、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌ、蓄電池システム１２１、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍ、重要負荷１２３及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの状態の過去の履歴、気象条件等に基づいて総合シミュレーションを行うことにより、上述した将来の状態を予測する。上述した将来の状態の全部又は一部をなす要素が、当該要素を予測するサブシステムから取得されてもよい。
【００４６】
制御部１８１には、望ましくは、予測された将来の状態を人が修正する仕組みが実装される。修正は、定期的に行われてもよいし、非定期的に行われてもよい。
【００４７】
５  一般負荷に割り当てられる優先度
制御部１８１は、望ましくは、一般負荷１２４が複数の一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎを備える場合は、複数の一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎにそれぞれ割り当てられる複数の優先度Ｐ１，・・・，ＰＮを保持する。また、制御部１８１は、高い優先度が割り当てられた一般負荷が電源系統１１０に優先的に投入され、低い優先度が割り当てられた一般負荷が電源系統１１０から優先的に解列されるように、一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの電源系統１１０への投入、及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎの電源系統１１０からの解列を制御する。
【００４８】
制御部１８１には、望ましくは、優先度Ｐ１，・・・，ＰＮを時間帯、季節等に応じて変更する仕組みが実装される。
【００４９】
６  電力の需要と電力の供給との関係による制御の変化
制御部１８１は、独立系統１００における電力の供給が独立系統１００における電力の需要より多いと判定した場合は、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの発電電力を減少させる制御、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの発電電力を減少させる制御、及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎに含まれる電源系統１１０に未だ投入されていない一般負荷を電源系統１１０に投入する制御の少なくともひとつを行う。
【００５０】
自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの発電電力を減少させることは、例えば、発電を行う自然エネルギー発電装置の数を減少させること、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの各々の発電電力にリミッタを適用すること、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの各々の発電電力に適用されたリミッタの制限値を下げること等により行われる。
【００５１】
発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの発電電力を減少させることは、発電を行う発電機を変更すること、発電を行う発電機の数を減少させること、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの各々の発電電力を減少させること等により行われる。
【００５２】
制御部１８１は、独立系統１００における電力の供給が独立系統１００における電力の需要より少ないと判定した場合は、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの発電電力を増加させる制御、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの発電電力を増加させる制御、及び一般負荷１２４１，・・・，１２４Ｎに含まれる電源系統１１０に既に投入されている一般負荷を電源系統１１０から解列する制御の少なくともひとつを行う。
【００５３】
自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの発電電力を増加させることは、例えば、発電を行う自然エネルギー発電装置の数を増加させること、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの各々の発電電力に適用されていたリミッタを解除すること、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌの各々の発電電力に適用されたリミッタの制限値を上げること等により行われる。
【００５４】
発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの発電電力を増加させることは、発電を行う発電機を変更すること、発電を行う発電機の数を増加させること、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍの各々の発電電力を増加させること等により行われる。
【００５５】
発電機１２２１，・・・，１２２Ｍへの燃料の補給に困難がある場合は、残存する燃料の量が考慮され、燃料が不足しないように制御が行われてもよい。
【００５６】
７  蓄電池システムの停止
自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌが特定の時間帯に電力をほとんど発電しない場合がある。例えば、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌが太陽光発電装置又は太陽熱発電装置からなる場合は、自然エネルギー発電装置１２０１，・・・，１２０Ｌは夜間に電力をほとんど発電しない。この場合は、当該時間帯に、蓄電池システム１２１が一旦停止され、発電機１２２１，・・・，１２２Ｍのモードを連系運転モードから自立運転モードに切り替えることにより発電機１２２１，・・・，１２２Ｍが調整電源とされてもよい。
【００５７】
８  応答特性の調整
蓄電池システム１２１が互いに独立して充電することができ互いに独立して放電させることができる複数のユニットを備える場合は、制御部１８１は、望ましくは蓄電池システム１２１の応答特性を調整する。当該応答特性は、回転電機型の発電機におけるガバナーのドループ特性に相当する。
【００５８】
制御部１８１は、複数のユニットの残存容量に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整、複数のユニットの温度に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整、複数のユニットの劣化特性に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整、及び複数のユニットの劣化状態に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整の少なくともひとつを行う。
【００５９】
複数のユニットの残存容量に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整は、大きな残存容量を有するユニットが優先的に放電させられるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整、小さな残存容量を有するユニットが優先的に充電されるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整等を含む。
【００６０】
複数のユニットの温度に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整は、第１の設定温度Ｔ１以上の温度を有するユニットの放電最大電力が小さくなるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整、第２の設定温度Ｔ２以上の温度を有するユニットの充電最大電力が小さくなるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整等を含む。放電中に発熱反応が起こり充電中に吸熱反応が起こるナトリウム−硫黄電池がユニットに備えられる場合は、例えば、第１の設定温度Ｔ１以上の温度を有するユニットの放電最大電力が小さくなるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整が行われ、第２の設定温度Ｔ２以上の温度を有するユニットの充電最大電力が小さくなるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整が行われない。充電中に発熱反応が起こるリチウムイオン電池がユニットに備えられる場合は、例えば、第２の設定温度Ｔ２以上の温度を有するユニットの充電最大電力が小さくなるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整が行われる。ただし、蓄電池が熱を放出するか否かは、発熱反応が起こるか否かだけでなく、内部抵抗により発生するジュール熱の大きさ等にも依存する。このため、例示された蓄電池システム１２１の応答特性の調整とは異なる蓄電池システム１２１の応答特性の調整が行われる場合もある。
【００６１】
複数のユニットの劣化特性に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整は、遅い劣化速度を有するユニットが優先的に充電され放電させられるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整等を含む。例えば、複数のユニットがナトリウム−硫黄電池を備えるユニット、及びリチウムイオン電池を備えるユニットを含む場合は、ナトリウム−硫黄電池をそなえるユニットの劣化速度はリチウムイオン電池のそれよりも遅いので、ナトリウム−硫黄電池を備えるユニットが優先的に充電され放電させられる。
【００６２】
複数のユニットの劣化状態に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整は、劣化の少ないユニットが優先的に充電され放電させられるようにする蓄電池システム１２１の応答特性の調整等を含む。
【００６３】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００６４】
１００  独立系統
１１０  電源系統
１２０１，１２０Ｌ  自然エネルギー発電装置
１２１  蓄電池システム
１２２１，１２２Ｍ  発電機
１２３  重要負荷
１２４，１２４１，１２４Ｎ  一般負荷
１４０  エネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）
１８０  取得部
１８１  制御部
【図１】
2020079891.tif 000003
【図２】
2020079891.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月31日(2021.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーマネジメントシステム、独立系統及び独立系統の運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
離島、電力網の構築が進行中の遠隔地等に構築された系統は、他の系統に連系していない独立系統であるか、又は、通常時は他の系統に連系している非独立系統であっても、他の系統において停電が発生した場合等の非常時には独立系統となる。以下では、独立系統、及び非常時に独立系統となる系統を区別せずに独立系統と呼ぶ。
【０００３】
独立系統は、脆弱である。このため、独立系統においては、長時間にわたる停電が発生する場合がある。
【０００４】
独立系統において電力の供給を行うことができるようにするために、独立系統に多数の自然エネルギー発電装置を設置し蓄電池システムを併設することが検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載された独立型電力供給システムにおいては、太陽光発電装置及び蓄電装置が電力線に接続される（段落００１３）。独立型電力供給システムは、ディーゼル発電機等の慣性を有する回転機系の出力制御用の発電装置を備えない（段落００１３）。このため、蓄電装置は、電圧、周波数を維持するための運転を担う（段落００１３）。蓄電池の最大充電電力を超えて蓄電池に充電されることが予測される場合は、太陽光発電装置からの発電電力が抑制される（段落００４９）。また、蓄電池の最大放電電力を超えて蓄電池から放電されることが予測される場合は、調整用負荷の消費電力が抑制される（段落００４９）。
【０００６】
自然エネルギー発電装置の発電量は、自然に依存し、不確定であり、大きな変動を有する。
【０００７】
一方で、独立系統において自然エネルギー発電装置の発電電力及び蓄電池システムの残存容量が不足し独立系統に備えられる蓄電池システムの補機への電力の供給が絶たれた場合は、蓄電池システムに備えられる機器が故障又は劣化する場合がある。例えば、特許文献２には、ヒータに電源が供給されずに、ナトリウム−硫黄電池の温度が低下してしまうと、運転再開に時間を要し、単電池の故障の確率が高くなることが説明されている（段落００１２）。
【０００８】
また、独立系統において自然エネルギー発電装置の発電電力及び蓄電池システムの残存容量が不足し独立系統に備えられる電源システムへの電力の供給が絶たれた場合は、電源システムを再起動する操作を行わない限り、電源システムの運転を再開することができない。しかし、電源システムを再起動する操作は、電源システムの操作に習熟した人でなければ行うことができない。一方で、独立系統が構築される離島、遠隔地等には、多くの場合は、電源システムの操作に習熟した人が常駐していない。このため、独立系統が構築された離島、遠隔地等に電源システムの操作に習熟した人が到着し電源システムを再起動する操作を行うまでに要する時間は長くなりがちであり、電源システムの運転を再開するのに要する時間は長くなりがちである。したがって、独立系統に備えられる電源システムへは、電力の供給を継続することが強く求められる。
【０００９】
独立系統に多数の自然エネルギー発電装置が設置される場合は、これらのリスクが考慮され、多くの場合は、蓄電池システムの補機に電力を供給する電源を含む最低限の発電機も併設される。併設される発電機は、常用の発電機である場合もあるし、非常用の発電機である場合もある。また、発電機が併設される場合は、１台の発電機が併設されるに過ぎない場合もあるし、２台以上の発電機が併設される場合もある。
【００１０】
自然エネルギー発電装置、蓄電池システム及び発電機を備える独立系統においては、発電機が主要な調整電源になり、蓄電池システムが電源系統の周波数を維持することをサポートする目的で補助的に運用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−１７６２３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−５１０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
独立系統に発電機が併設される場合においても、独立系統における電力のピーク需要に見合う電力の供給を行うことができる容量を有する発電機を併設することは、経済性の観点から見て非合理的である。このため、独立系統に併設される発電機は、多くの場合は、独立系統における電力のピーク需要に見合う電力の供給を行うことができない。
【００１３】
しかし、発電機が独立系統における電力のピーク需要に見合う電力の供給を行うことができない場合は、自然エネルギー発電装置による電力の供給量、及び負荷における電力の需要量等を予測しながら、蓄電池システムが充電末又は放電末となって停止することを避けつつ、負荷への電力の供給を長期間にわたって継続することは、容易ではない。このため、独立系統に備えられる、電力の供給を継続することが強く求められる負荷への電力の供給が絶たれる危険性が高まる。
【００１４】
本発明は、この問題に鑑みてなされた。本発明が解決しようとする課題は、独立系統に備えられる、電力の供給を継続することが強く要求される負荷への電力の供給が絶たれる危険性を低くし、独立系統を安定して運用することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、独立系統のエネルギーマネジメントシステム、独立系統、及び独立系統の運用方法に向けられる。
【００１６】
独立系統は、電源系統、自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機、第１の負荷及び第２の負荷を備える。
【００１７】
自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機及び第１の負荷が電源系統に投入されており、自然エネルギー発電装置が発電電力を電源系統に供給しており、蓄電池システムが調整電源になっており、発電機が定電力運転を行っている場合に、自然エネルギー発電装置、蓄電池システム、発電機、第１の負荷及び第２の負荷の状態を示す情報が取得される。
【００１８】
第１の負荷が電源系統に投入された状態を維持したまま、情報に基づいて、独立系統における電力の需給のバランスが維持されるように、自然エネルギー発電装置の運転、発電機の運転、第２の負荷の電源系統への投入及び第２の負荷の電源系統からの解列が制御される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第１の負荷及び第２の負荷の両方に電力の供給を継続することができない場合においても、第１の負荷への電力の供給を継続することができる。このため、独立系統に備えられる、電力の供給を継続することが強く要求される負荷への電力の供給が絶たれる危険性を低くすることができる。これにより、独立系統を安定して運用することができる。
【００２０】
この発明の目的、特徴、局面及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】独立系統を模式的に図示する図である。
【図２】独立系統に備えられるエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）を図示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
１  独立系統
図１は、本実施形態の独立系統を模式的に図示する図である。
【００２３】
図１に図示される独立系統１００は、電源系統１１０、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０（１２０(１)，・・・，１２０(Ｌ)）、蓄電池システム１２１、Ｍ個の発電機１２２（１２２(１)，・・・，１２２(Ｍ)）、重要負荷１２３、Ｎ個の一般負荷１２４（１２４(１)，・・・，１２４(Ｎ)）、Ｌ個の遮断器１３０（１３０(１)，・・・，１３０(Ｌ)）、遮断器１３１、Ｍ個の遮断器１３２（１３２(１)，・・・，１３２(Ｍ)）、遮断器１３３、Ｎ個の遮断器１３４（１３４(１)，・・・，１３４(Ｎ)）及びエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）１４０を備える。Ｌ，Ｍ及びＮは、１であってもよいし、２以上の整数であってもよい。独立系統１００が２個以上の蓄電池システムを備えてもよい。独立系統１００が遮断器に代えて又は遮断器に加えて開閉器等を備えてもよい。独立系統１００がこれらの要素以外の要素を備えてもよい。
【００２４】
負荷１５０は、重要負荷１２３と一般負荷１２４とに分類されている。一般負荷１２４はＮ個の一般負荷１２４(１)，・・・，１２４(Ｎ)に分割されている。
【００２５】
電源系統１１０は、遮断器１６０を介して上位系統１６１に電気的に接続されている。以下では、遮断器１６０が開いており、独立系統１００が上位系統１６１に連系していないものとして、説明を進める。独立系統１００を上位系統１６１に連系させる連系手段が設けられない場合もある。
【００２６】
自然エネルギー発電装置１２０(１)，・・・，１２０(Ｌ)は、それぞれ遮断器１３０(１)，・・・，１３０(Ｌ)を介して電源系統１１０に電気的に接続されている。自然エネルギー発電装置１２０の各々は、太陽光発電装置、風力発電装置、水力発電装置、地熱発電装置、太陽熱発電装置、バイオマス発電装置等である。自然エネルギー発電装置１２０の各々は、再生可能エネルギー発電装置等とも呼ばれる。
【００２７】
蓄電池システム１２１は、遮断器１３１を介して電源系統１１０に電気的に接続されている。蓄電池システム１２１は、蓄電池を備える。蓄電池は、ナトリウム−硫黄電池、レドックスフロー電池、リチウムイオン電池、鉛電池、ニッケル水素電池等であり、望ましくはナトリウム−硫黄電池である。蓄電池システム１２１は、自立運転モードで動作することができる。蓄電池システム１２１は、自立運転モードで動作している間は、蓄電池が放電した電力を外部に供給する動作、及び外部から供給された電力により蓄電池を充電する動作を途切れなく切り替えることができる。したがって、蓄電池システム１２１は、電源系統１１０の電圧、周波数等を一定に維持する調整電源になることができる。
【００２８】
独立系統１００が２個以上の蓄電池システムを備える場合は、２個以上の蓄電池システムが全体として蓄電池が放電した電力を外部に供給する動作、及び外部から供給された電力により蓄電池を充電する動作を途切れなく切り替えることができる。
【００２９】
発電機１２２(１)，・・・，１２２(Ｍ)は、それぞれ遮断器１３２(１)，・・・，１３２(Ｍ)を介して電源系統１１０に電気的に接続されている。発電機１２２の各々は、自然エネルギー発電装置でない、燃料を必要とする発電機であり、ディーゼル発電機、ガソリン発電機、ガス発電機等である。発電機１２２の各々は、常用の発電機であってもよいし、非常用の発電機であってもよい。発電機１２２(１)，・・・，１２２(Ｍ)の容量の合計は、重要負荷１２３における電力の需要より大きく、独立系統１００における電力のピーク需要より小さい。
【００３０】
重要負荷１２３は、遮断器１３３を介して電源系統１１０に電気的に接続されている。重要負荷１２３は、電力の供給を継続することが要求される第１の負荷である。
【００３１】
重要負荷１２３は、電力の供給が絶たれると独立系統１００に備わる機器の故障を引き起こす負荷、電力の供給が絶たれると独立系統１００に備わる機器の動作の再開に要する時間が長くなる負荷等を含む。
【００３２】
例えば、重要負荷１２３は、自然エネルギー発電装置１２０及び蓄電池システム１２１の補機を含む。補機は、制御装置を含む。蓄電池システム１２１に備えられる蓄電池がナトリウム−硫黄電池等の高温動作型の蓄電池である場合は、蓄電池システム１２１の補機は、高温動作型の蓄電池を加熱するヒータを含む。
【００３３】
重要負荷１２３が、電力の供給が絶たれると独立系統１００が構築されている離島、遠隔地等に望ましくない影響を与える負荷を含んでもよい。例えば、重要負荷１２３が、警察施設、消防施設、軍施設、病院、ライフライン施設等に設置される負荷を含んでもよい。
【００３４】
一般負荷１２４(１)，・・・，１２４(Ｎ)は、それぞれ遮断器１３４(１)，・・・，１３４(Ｎ)を介して電源系統１１０に電気的に接続されている。一般負荷１２４は、重要負荷１２３とは異なる第２の負荷である。
【００３５】
ＥＭＳ１４０は、電源系統１１０、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０、蓄電池システム１２１、Ｍ個の発電機１２２、重要負荷１２３、Ｎ個の一般負荷１２４、Ｌ個の遮断器１３０、遮断器１３１、Ｍ個の遮断器１３２、遮断器１３３及びＮ個の遮断器１３４の状態を示す情報１７０を取得する。
【００３６】
また、ＥＭＳ１４０は、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０、蓄電池システム１２１、Ｍ個の発電機１２２、重要負荷１２３、Ｎ個の一般負荷１２４、Ｌ個の遮断器１３０、遮断器１３１、Ｍ個の遮断器１３２、遮断器１３３及びＮ個の遮断器１３４を統合制御するための制御指令１７１を発行する。
【００３７】
独立系統１００においては、遮断器１３０、遮断器１３１、遮断器１３２及び遮断器１３３が閉じられている。このため、自然エネルギー発電装置１２０、蓄電池システム１２１、発電機１２２及び重要負荷１２３が電源系統１１０に投入（並列）されている。したがって、自然エネルギー発電装置１２０は、発電電力を電源系統１１０に供給することができる。また、蓄電池システム１２１は、蓄電池が放電した放電電力を電源系統１１０に供給することができ、電源系統１１０から供給された充電電力により蓄電池を充電することができる。また、発電機１２２は、発電電力を電源系統１１０に供給することができる。また、重要負荷１２３には、電源系統１１０から電力が供給される。
【００３８】
また、独立系統１００においては、遮断器１３４の開閉がＥＭＳ１４０により制御される。遮断器１３４(１)，・・・，１３４(Ｎ)が閉じられている場合は、それぞれ一般負荷１２４(１)，・・・，１２４(Ｎ)が電源系統１１０に投入されている。遮断器１３４(１)，・・・，１３４(Ｎ)が開かれている場合は、それぞれ一般負荷１２４(１)，・・・，１２４(Ｎ)が電源系統１１０から解列されている。
【００３９】
自然エネルギー発電装置１２０が発電電力を電源系統１１０に供給している状態においては、蓄電池システム１２１は、自立運転モードで動作する。このため、蓄電池システム１２１は、電源系統１１０の電圧、周波数等が低下した場合は、電源系統１１０に電力の供給を行う。また、蓄電池システム１２１には、電源系統１１０の電圧、周波数等が上昇した場合は、電源系統１１０から電力の供給が行われる。したがって、蓄電池システム１２１は、電源系統１１０の電圧、周波数等を一定に維持する調整電源になっている。
【００４０】
また、自然エネルギー発電装置１２０が発電電力を電源系統１１０に供給している状態においては、発電機１２２は、連系運転モードで動作する。このため、発電機１２２は、定電力運転を行っており、一定の電力を電源系統１１０に供給している。したがって、発電機１２２は、調整電源になっていない。発電機１２２は、ＥＭＳ１４０が制御指令１７１により発電機１２２を定電力運転モードに設定することにより、連系運転モードで動作する。
【００４１】
定電力運転モードに設定された発電機１２２は、一定の電力を発電する。このため、定格電力の付近で発電機１２２の運転を継続することができる。これにより、発電機１２２の発電の効率を向上することができ、発電機１２２による発電量当たりの燃料の消費を削減することができる。また、発電機１２２の故障の頻度を低くすることができる。
【００４２】
２  エネルギーマネジメントシステム
図２は、独立系統に備えられるＥＭＳを図示するブロック図である。
【００４３】
ＥＭＳ１４０は、図２に図示されるように、取得部１８０及び制御部１８１を備える。取得部１８０及び制御部１８１は、コンピュータにプログラムを実行させることにより構成される。取得部１８０及び制御部１８１が担う機能の全部又は一部が、プログラムを実行しないハードウェアにより担われてもよい。
【００４４】
３  短期的なバランスの維持
取得部１８０は、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０が発電電力を電源系統１１０に供給している場合に、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０、蓄電池システム１２１、Ｍ個の発電機１２２、重要負荷１２３及びＮ個の一般負荷１２４の状態を示す情報１７０を取得する。取得される情報１７０により示される状態は、直前の状態である。
【００４５】
制御部１８１は、取得された情報に基づいて、独立系統１００における電力の需給のバランスが維持されるように、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０の運転、Ｍ個の発電機１２２の運転、Ｎ個の一般負荷１２４の電源系統１１０への投入及び電源系統１１０からの解列を制御する。これにより、自然エネルギー発電装置１２０及び発電機１２２による電力の供給と、重要負荷１２３、及び全ての一般負荷１２４のうち電源系統１１０に投入されている一般負荷１２４における電力の需要と、が互いに略一致させられる。電力の需要と電力の供給とのわずかな不一致は、蓄電池システム１２１により解消される。この制御が行われる際には、重要負荷１２３が電源系統１１０に投入された状態が維持される。また、この制御が行われる際に考慮されるバランスは、短期的なバランスである。
【００４６】
この制御によれば、重要負荷１２３及び一般負荷１２４の両方に電力の供給を継続することができない場合においても、重要負荷１２３への電力の供給を継続することができる。このため、独立系統１００に備えられる、電力の供給を継続することが強く要求される重要負荷１２３への電力の供給が絶たれる危険性を低くすることができる。これにより、独立系統１００を安定して運用することができる。
【００４７】
４  中長期的なバランスの維持
制御部１８１は、望ましくは、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０、蓄電池システム１２１、Ｍ個の発電機１２２、重要負荷１２３及びＮ個の一般負荷１２４の少なくともひとつの将来の状態を予測する。
【００４８】
また、制御部１８１は、予測した将来の状態に基づいて、指定された期間内に蓄電池システム１２１の残存容量が充電末又は放電末に至らないように、Ｌ個の自然エネルギー発電装置１２０の運転、Ｍ個の発電機１２２の運転、Ｎ個の一般負荷１２４の電源系統１１０への投入及び一般負荷１２４の電源系統１１０からの解列を制御する。
【００４９】
制御部１８１は、例えば現在の時刻から５時間が経過するまでの間に蓄電池システム１２１の残存容量が設定された範囲内に収まるように制御を行う。この制御が行われる際に考慮されるバランスは、中長期的なバランスである。
【００５０】
制御部１８１は、望ましくは、自然エネルギー発電装置１２０、蓄電池システム１２１、発電機１２２、重要負荷１２３及び一般負荷１２４の状態の過去の履歴、気象条件等に基づいて総合シミュレーションを行うことにより、上述した将来の状態を予測する。上述した将来の状態の全部又は一部をなす要素が、当該要素を予測するサブシステムから取得されてもよい。
【００５１】
制御部１８１には、望ましくは、予測された将来の状態を人が修正する仕組みが実装される。修正は、定期的に行われてもよいし、非定期的に行われてもよい。
【００５２】
５  一般負荷に割り当てられる優先度
一般負荷１２４が複数の一般負荷１２４(１)，・・・，１２４（Ｎ)を備える場合、望ましくは、複数の一般負荷１２４(１)，・・・，１２４（Ｎ)のそれぞれに優先度Ｐ１，・・・，ＰＮが割り当てられ、制御部１８１は、それら複数の優先度Ｐ１，・・・，ＰＮを保持する。
【００５３】
また、制御部１８１は、高い優先度が割り当てられた一般負荷が電源系統１１０に優先的に投入され、低い優先度が割り当てられた一般負荷が電源系統１１０から優先的に解列されるように、一般負荷１２４の電源系統１１０への投入、及び一般負荷１２４の電源系統１１０からの解列を制御する。
【００５４】
制御部１８１には、望ましくは、優先度Ｐ１，・・・，ＰＮを時間帯、季節等に応じて変更する仕組みが実装される。
【００５５】
６  電力の需要と電力の供給との関係による制御の変化
制御部１８１は、独立系統１００における電力の供給が独立系統１００における電力の需要より多いと判定した場合は、自然エネルギー発電装置１２０の発電電力を減少させる制御、発電機１２２の発電電力を減少させる制御、及び電源系統１１０に未だ投入されていない一般負荷を電源系統１１０に投入する制御の少なくともひとつを行う。
【００５６】
自然エネルギー発電装置１２０の発電電力を減少させることは、例えば、発電を行う自然エネルギー発電装置１２０の数を減少させること、自然エネルギー発電装置１２０の各々の発電電力にリミッタを適用すること、自然エネルギー発電装置１２０の各々の発電電力に適用されたリミッタの制限値を下げること等により行われる。
【００５７】
発電機１２２の発電電力を減少させることは、発電を行う発電機１２２を変更すること、発電を行う発電機１２２の数を減少させること、発電機１２２の各々の発電電力を減少させること等により行われる。
【００５８】
制御部１８１は、独立系統１００における電力の供給が独立系統１００における電力の需要より少ないと判定した場合は、自然エネルギー発電装置１２０の発電電力を増加させる制御、発電機１２２の発電電力を増加させる制御、及び一般負荷１２４に含まれる電源系統１１０に既に投入されている一般負荷を電源系統１１０から解列する制御の少なくともひとつを行う。
【００５９】
自然エネルギー発電装置１２０の発電電力を増加させることは、例えば、発電を行う自然エネルギー発電装置１２０の数を増加させること、自然エネルギー発電装置１２０の各々の発電電力に適用されていたリミッタを解除すること、自然エネルギー発電装置１２０の各々の発電電力に適用されたリミッタの制限値を上げること等により行われる。
【００６０】
発電機１２２の発電電力を増加させることは、発電を行う発電機１２０を変更すること、発電を行う発電機１２０の数を増加させること、発電機１２２の各々の発電電力を増加させること等により行われる。
【００６１】
発電機１２２への燃料の補給に困難がある場合は、残存する燃料の量が考慮され、燃料が不足しないように制御が行われてもよい。
【００６２】
７  蓄電池システムの停止
自然エネルギー発電装置１２０が特定の時間帯に電力をほとんど発電しない場合がある。例えば、自然エネルギー発電装置１２０が太陽光発電装置又は太陽熱発電装置からなる場合は、自然エネルギー発電装置１２０は夜間に電力をほとんど発電しない。この場合は、当該時間帯に、蓄電池システム１２１が一旦停止され、発電機１２２のモードを連系運転モードから自立運転モードに切り替えることにより発電機１２２が調整電源とされてもよい。
【００６３】
８  応答特性の調整
蓄電池システム１２１が互いに独立して充電することができ互いに独立して放電させることができる複数のユニットを備える場合は、制御部１８１は、望ましくは蓄電池システム１２１の応答特性を調整する。当該応答特性は、回転電機型の発電機におけるガバナーのドループ特性に相当する。
【００６４】
制御部１８１は、蓄電池システム１２１の応答特性の調整として、複数のユニットの残存容量に基づく調整、複数のユニットの温度に基づく調整、複数のユニットの劣化特性に基づく調整、及び複数のユニットの劣化状態に基づく調整の少なくともひとつを行う。
【００６５】
複数のユニットの残存容量に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整は、大きな残存容量を有するユニットが優先的に放電させられるようにする調整、小さな残存容量を有するユニットが優先的に充電されるようにする調整等を含む。
【００６６】
複数のユニットの温度に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整は、第１の設定温度Ｔ１以上の温度を有するユニットの放電最大電力が小さくなるようにする調整、第２の設定温度Ｔ２以上の温度を有するユニットの充電最大電力が小さくなるようにする調整等を含む。
【００６７】
放電中に発熱反応が起こり充電中に吸熱反応が起こるナトリウム−硫黄電池がユニットに備えられる場合は、例えば、第１の設定温度Ｔ１以上の温度を有するユニットの放電最大電力が小さくなるようにする調整が行われ、第２の設定温度Ｔ２以上の温度を有するユニットの充電最大電力が小さくなるようにする調整が行われない。
【００６８】
充電中に発熱反応が起こるリチウムイオン電池がユニットに備えられる場合は、例えば、第２の設定温度Ｔ２以上の温度を有するユニットの充電最大電力が小さくなるようにする調整が行われる。
【００６９】
ただし、蓄電池が熱を放出するか否かは、発熱反応が起こるか否かだけでなく、内部抵抗により発生するジュール熱の大きさ等にも依存する。このため、例示とは異なる蓄電池システム１２１の応答特性の調整が行われる場合もある。
【００７０】
複数のユニットの劣化特性に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整は、遅い劣化速度を有するユニットが優先的に充電され放電させられるようにする調整等を含む。例えば、複数のユニットがナトリウム−硫黄電池を備えるユニット、及びリチウムイオン電池を備えるユニットを含む場合は、ナトリウム−硫黄電池をそなえるユニットの劣化速度はリチウムイオン電池のそれよりも遅いので、ナトリウム−硫黄電池を備えるユニットが優先的に充電され放電させられる。
【００７１】
複数のユニットの劣化状態に基づく蓄電池システム１２１の応答特性の調整は、劣化の少ないユニットが優先的に充電され放電させられるようにする調整等を含む。
【００７２】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００７３】
１００  独立系統
１１０  電源系統
１２０  自然エネルギー発電装置
１２１  蓄電池システム
１２２  発電機
１２３  重要負荷
１２４  一般負荷
１４０  エネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）
１８０  取得部
１８１  制御部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源系統と、自然エネルギー発電装置と、蓄電池システムと、発電機と、第１の負荷と、第２の負荷とを備える独立系統の、エネルギーマネジメントシステムであって、
前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機及び前記第１の負荷が前記電源系統に投入されており、前記自然エネルギー発電装置が発電電力を前記電源系統に供給しており、前記蓄電池システムが調整電源になっており、前記発電機が定電力運転を行っている場合に、前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機、前記第１の負荷及び前記第２の負荷の状態を示す情報を取得する取得部と、
前記第１の負荷が前記電源系統に投入された状態を維持したまま、前記情報に基づいて、前記独立系統における電力の需給のバランスが維持されるように、前記自然エネルギー発電装置の運転、前記発電機の運転、前記第２の負荷の前記電源系統への投入及び前記第２の負荷の前記電源系統からの解列を制御する制御部と、
を備えるエネルギーマネジメントシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステムであって、
前記制御部は、前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機、前記第１の負荷及び前記第２の負荷の少なくともひとつの予測された将来の状態に基づいて、指定された期間内に前記蓄電池システムの残存容量が充電末又は放電末に至らないように、前記自然エネルギー発電装置の運転、前記発電機の運転、前記第２の負荷の前記電源系統への投入及び前記第２の負荷の前記電源系統からの解列を制御する、
エネルギーマネジメントシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のエネルギーマネジメントシステムであって、
前記第２の負荷は、複数の負荷を備え、
前記制御部は、前記複数の負荷にそれぞれ割り当てられた複数の優先度を保持し、高い優先度が割り当てられた負荷が前記電源系統に優先的に投入され、低い優先度が割り当てられた負荷が前記電源系統から優先的に解列されるように、前記複数の負荷の前記電源系統への投入、及び前記複数の負荷の前記電源系統からの解列を制御する、
エネルギーマネジメントシステム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエネルギーマネジメントシステムであって、
前記制御部は、前記独立系統における電力の供給と電力の需要との多少を判定し、
前記電力の供給が前記電力の需要より多いと判定した場合は、前記自然エネルギー発電装置の発電電力を減少させる制御、前記発電機の発電電力を減少させる制御、及び前記第２の負荷に含まれる前記電源系統に未だ投入されていない負荷を前記電源系統に投入する制御の少なくともひとつを行い、
前記電力の供給が前記電力の需要より少ないと判定した場合は、前記自然エネルギー発電装置の発電電力を増加させる制御、前記発電機の発電電力を増加させる制御、及び前記第２の負荷に含まれる前記電源系統に既に投入されている負荷を前記電源系統から解列する制御の少なくともひとつを行う、
エネルギーマネジメントシステム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエネルギーマネジメントシステムであって、
前記蓄電池システムが、互いに独立して充電することができ互いに独立して放電させることができる複数のユニットを備える場合に、
前記制御部
が、前記蓄電池システムの応答特性の調整として、
前記複数のユニットのうち大きな残存容量を有するユニットが優先的に放電させられるようにする調整、
前記複数のユニットのうち小さな残存容量を有するユニットが優先的に充電されるようにする調整、
前記複数のユニットのうち第１の設定温度以上の温度を有するユニットの放電最大電力が小さくなるようにする調整、
前記複数のユニットのうち第２の設定温度以上の温度を有するユニットの充電最大電力が小さくなるようにする調整、
前記複数のユニットのうち遅い劣化速度を有するユニットが優先的に充電され放電させられるようにする調整、及び
前記複数のユニットのうち劣化の少ないユニットが優先的に充電され放電させられるようにする調整、
の少なくともひとつを行う
、エネルギーマネジメントシステム。
【請求項６】
前記電源系統と、前記自然エネルギー発電装置と、前記蓄電池システムと、前記発電機と、前記第１の負荷と、前記第２の負荷と、を備える独立系統であって、
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエネルギーマネジメントシステム、
をさらに備える独立系統。
【請求項７】
電源系統と、自然エネルギー発電装置と、蓄電池システムと、発電機と、第１の負荷と、第２の負荷と、を備える独立系統の運用方法であって、
前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機及び前記第１の負荷が前記電源系統に投入されており、前記自然エネルギー発電装置が発電電力を前記電源系統に供給しており、前記蓄電池システムが調整電源になっており、前記発電機が定電力運転を行っている場合に、前記自然エネルギー発電装置、前記蓄電池システム、前記発電機、前記第１の負荷及び前記第２の負荷の状態を示す情報を取得する工程と、
前記第１の負荷が前記電源系統に投入された状態を維持したまま、前記情報に基づいて、前記独立系統における電力の需給のバランスが維持されるように、前記自然エネルギー発電装置の運転、前記発電機の運転、前記第２の負荷の前記電源系統への投入及び前記第２の負荷の前記電源系統からの解列を制御する工程と、
を備える独立系統の運用方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【国際調査報告】
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