特許 6572381 容量配分制御装置、容量配分装置、および容量配分システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6572381

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】容量配分制御装置、容量配分装置、および容量配分システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20190902BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20190902BHJP

   H02J 3/00 20060101ALI20190902BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/32

   H02J3/38 120

   H02J3/38 130

   H02J3/00 170

   H02J7/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2018-503873(P2018-503873)

(86)(22)【出願日】2016年3月7日

(86)【国際出願番号】JP2016057017

(87)【国際公開番号】WO2017154080

(87)【国際公開日】20170914

【審査請求日】2018年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 勇樹

(72)【発明者】

【氏名】木谷 元紀

(72)【発明者】

【氏名】磯谷 泰知

(72)【発明者】

【氏名】小林 尚志

【審査官】 赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２３６６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２３６６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２７０８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／００−７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

再生可能エネルギーによる発電量の変動を蓄電池の充放電によって抑制する変動抑制制御の履歴に基づいて、所定期間における前記変動抑制制御に要する前記蓄電池の第１電池容量を算出し、かつ前記蓄電池の電池容量のうち前記第１電池容量を除いた電池容量を、前記所定期間において、再生可能エネルギーにより発電される電力の需要を前記蓄電池の充放電によって平準化する負荷平準化制御に使用可能な第２電池容量として算出する算出部、
を備えた容量配分制御装置。

【請求項2】

再生可能エネルギーによる発電履歴のうち所定の発電条件を満たす第１履歴を選出し、かつ前記変動抑制制御の履歴のうち、前記第１履歴に対応する前記変動抑制制御の第２履歴を選出する選出部を備え、
前記算出部は、前記第２履歴に基づいて前記第１電池容量を算出する請求項１に記載の容量配分制御装置。

【請求項3】

前記所定の発電条件は、前記所定期間の再生可能エネルギーによる発電量の予測結果に類似することを含む請求項２に記載の容量配分制御装置。

【請求項4】

前記所定の発電条件は、前記所定期間の気象条件に基づく再生可能エネルギーによる発電量の予測結果に類似することである請求項３に記載の容量配分制御装置。

【請求項5】

再生可能エネルギーによる発電量の変動を蓄電池の充放電によって抑制する変動抑制制御の履歴に基づいて、所定期間における前記変動抑制制御に要する前記蓄電池の第１電池容量を算出し、かつ前記蓄電池の電池容量のうち前記第１電池容量を除いた電池容量を、前記所定期間において、再生可能エネルギーにより発電される電力の需要を前記蓄電池の充放電によって平準化する負荷平準化制御に使用可能な第２電池容量として算出する算出部と、
前記第１電池容量の範囲内において前記蓄電池を充放電させる前記変動抑制制御、および前記第２電池容量の範囲内において前記蓄電池を充放電させる前記負荷平準化制御を実行する制御部と、
を備えた容量配分装置。

【請求項6】

蓄電池と、
再生可能エネルギーによる発電量の変動を前記蓄電池の充放電によって抑制する変動抑制制御の履歴を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記変動抑制制御の履歴に基づいて、所定期間における前記変動抑制制御に要する前記蓄電池の第１電池容量を算出し、かつ前記蓄電池の電池容量のうち前記第１電池容量を除いた電池容量を、前記所定期間において、再生可能エネルギーにより発電される電力の需要を前記蓄電池の充放電によって平準化する負荷平準化制御に使用可能な第２電池容量として算出する算出部と、
前記第１電池容量の範囲内において前記蓄電池を充放電させる前記変動抑制制御、および前記第２電池容量の範囲内において前記蓄電池を充放電させる前記負荷平準化制御を実行する制御部と、
を備えた容量配分システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、容量配分制御装置、容量配分装置、および容量配分システムに関する。

【背景技術】

【0002】

太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaics）や風力発電等の再生可能エネルギーは、資源の枯渇のおそれがなくかつ環境への負荷が少ないことから、各国で積極的に導入されている。しかし、太陽光発電は、時間帯や天候などの自然状況によって発電量が大きく変動する。また、風力発電は、風況などの自然状況によって発電量が大きく変動する。そのため、再生可能エネルギーによる発電量の変動を抑制する技術が必要とされている。蓄電池の充放電によって再生可能エネルギーによる発電量の変動を抑制する変動抑制制御を行う装置がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−２３６６００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、変動抑制制御を行う装置は、導入コストが高いため、蓄電池を有効活用することにより、導入コストに見合った採算性が得ることを可能とする技術が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の容量配分制御装置は、算出部を備える。算出部は、再生可能エネルギーによる発電量の変動を蓄電池の充放電によって抑制する変動抑制制御の履歴に基づいて、所定期間における変動抑制制御に要する蓄電池の第１電池容量を算出し、かつ蓄電池の電池容量のうち第１電池容量を除いた電池容量を、所定期間において、再生可能エネルギーにより発電される電力の需要を蓄電池の充放電によって平準化する負荷平準化制御に使用可能な第２電池容量として算出する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、第１の実施形態にかかる容量配分システムの構成の一例を示すブロック図である。

【図2】図２は、第１の実施形態にかかる容量配分システムにおける変動抑制用容量および負荷平準化用容量の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図3】図３は、第１の実施形態にかかる容量配分システムにおける再生可能エネルギーの発電量の予測結果の一例を示す図である。

【図4】図４は、第１の実施形態にかかる容量配分システムが記憶する再生可能エネルギーの発電量を示す図である。

【図5】図５は、第１の実施形態にかかる容量配分システムにおける変動抑制対象の再生可能エネルギーの発電出力、変動抑制制御による蓄電池の出力、および再生可能エネルギーの発電出力の目標値を示す図である。

【図6】図６は、第２の実施形態にかかる容量配分システムの構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかる容量配分制御装置、容量配分装置、および容量配分システムについて説明する。

【0008】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる容量配分システムの構成の一例を示すブロック図である。本実施形態にかかる容量配分システムは、蓄電池の電池容量を、変動抑制制御に使用可能な電力容量である変動抑制用容量（第１電池容量の一例）と、負荷平準化制御に使用可能な電力容量である負荷平準化用容量（第２電池容量の一例）と、に配分する。ここで、変動抑制制御は、再生可能エネルギー（例えば、太陽光発電や風力発電）による発電量の変動を蓄電池の充放電によって抑制する処理である。負荷平準化制御は、再生可能エネルギーにより発電される電力の需要を蓄電池の充放電によって平準化する処理である。図１に示すように、本実施形態では、容量配分システムは、目的別容量配分制御装置１（容量配分制御装置の一例）と、ＥＭＳ（Energy Management System）２と、蓄電池３と、を有する。

【0009】

ＥＭＳ２は、変動抑制用容量および負荷平準化用容量に基づいて、変動抑制制御および負荷平準化制御を行う。本実施形態では、ＥＭＳ２は、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ（データベース）２１と、充放電実績ＤＢ２２と、予測部２３と、計画部２４と、制御部２５と、を有する。再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１は、再生可能エネルギーの発電の履歴（以下、発電履歴と言う）を示す発電実績を記憶する。また、充放電実績ＤＢ２２は、蓄電池の充放電の履歴（以下、充放電履歴と言う）を示す充放電実績を記憶する。予測部２３は、気象予測装置４から所定期間における気象予測情報を取得し、取得した気象予測情報に基づいて、所定期間における再生可能エネルギーの発電量を予測する。ここで、所定期間は、変動抑制制御および負荷平準化制御を行う期間であり、例えば、１日である。気象予測情報は、晴れや曇りや雨等の日照条件、気温、風向、風速等の情報である。予測部２３は、気象予測装置４から、所定期間における予め設定された時間（例えば、３０分、１時間）毎の気象予測情報を取得する。そして、予測部２３は、発電に用いる再生可能エネルギーがＰＶである場合、取得した気象予測情報のうち日照条件および気温が類似する気象情報の下でのＰＶの発電量を予測し、予測結果として出力する。また、予測部２３は、発電に用いる再生可能エネルギーが風力である場合、取得した気象予測情報のうち風向および風速が類似する気象情報の下での風力発電の発電量を予測し、予測結果として出力する。計画部２４は、後述する目的別容量配分制御装置１により算出された変動抑制用容量および負荷平準化用容量に基づいて、再生可能エネルギーの発電計画や蓄電池３の充放電計画を生成する。制御部２５は、計画部２４により生成された発電計画や充放電計画に従って、変動抑制制御および負荷平準化制御を実行する。具体的には、制御部２５は、変動抑制用容量の範囲内において蓄電池３を充放電させる変動抑制制御を実行する。また、制御部２５は、負荷平準化用容量の範囲内において蓄電池３を充放電させる負荷平準化制御を実行する。

【0010】

目的別容量配分制御装置１（容量配分制御装置の一例）は、変動抑制用容量および負荷平準化用容量を算出する。図１に示すように、本実施形態では、目的別容量配分制御装置１は、実績選出部１１と、目的別蓄電池容量割当部１２と、目的別蓄電池容量ＤＢ１３と、を有する。実績選出部１１（選出部の一例）は、充放電実績ＤＢ２２から、変動抑制用容量および負荷平準化用容量の算出に用いる充放電実績を選出する。目的別蓄電池容量割当部１２（算出部の一例）は、実績選出部１１により選出された充放電実績に基づいて、変動抑制用容量および負荷平準化用容量を算出する。よって、本実施形態では、目的別容量配分制御装置１およびＥＭＳ２が、容量配分装置の一例として機能する。目的別蓄電池容量ＤＢ１３は、算出された変動抑制用容量および負荷平準化用容量を記憶する。

【0011】

実績選出部１１は、図１に示すように、発電実績選出部１１１と、充放電実績選出部１１２と、を有する。発電実績選出部１１１は、予測部２３と協働して、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１から、所定の発電条件を満たす発電履歴（第１履歴の一例）を示す発電実績を選出する。発電実績選出部１１１では、予測部２３により予測された所定期間における再生可能エネルギーの発電量の予測結果に基づいて、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１から、所定の発電条件を満たす発電履歴を示す発電実績を選出する。予測部２３の予測結果がＰＶの発電量の場合、発電実績選出部１１１では、ＰＶの発電履歴を示す発電実績を選出する。予測部２３の予測結果が風力の発電量の場合、発電実績選出部１１１では、風力の発電履歴を示す発電実績を選出する。充放電実績選出部１１２は、充放電実績ＤＢ２２から、発電実績選出部１１１により選出された発電実績が示す発電履歴に対応する充放電履歴（第２履歴の一例）を示す充放電実績を選出する。

【0012】

目的別蓄電池容量割当部１２は、図１に示すように、変動抑制用容量算出部１２１と、負荷平準化用容量算出部１２２と、を有する。変動抑制用容量算出部１２１は、充放電実績選出部１１２により選出された充放電実績が示す充放電履歴に基づいて、所定期間における変動抑制制御に要する蓄電池３の電池容量である変動抑制用容量を算出する。負荷平準化用容量算出部１２２は、蓄電池３の電池容量のうち、算出した変動抑制用容量を除いた電池容量を、負荷平準化制御に使用可能な負荷平準化用容量として算出する。

【0013】

次に、図２を用いて、変動抑制用容量および負荷平準化用容量を算出する処理の流れの一例について説明する。図２は、第１の実施形態にかかる容量配分システムにおける変動抑制用容量および負荷平準化用容量の算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0014】

図２に示すように、発電実績選出部１１１は、予測部２３により予測された所定期間における再生可能エネルギーの発電量の予測結果に基づいて、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１から、所定の発電条件を満たす発電履歴を示す発電実績を選出する（ステップＳ２０１）。本実施形態では、発電実績選出部１１１が、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１から、所定期間における再生可能エネルギーの発電量の予測結果に類似する発電履歴を示す発電実績を選出する。すなわち、本実施形態では、所定の発電条件は、所定期間の再生可能エネルギーの発電量の予測結果と類似することを含む。

【0015】

図３は、第１の実施形態にかかる容量配分システムにおける再生可能エネルギーの発電量の予測結果の一例を示す図である。図３において、縦軸は再生可能エネルギーの発電量（発電出力）の予測結果を表し、横軸は時間を表している。図４は、第１の実施形態にかかる容量配分システムが記憶する再生可能エネルギーの発電量を示す図である。図４において、縦軸は再生可能エネルギーの発電出力の出力比（定格出力に対する再生可能エネルギーの発電出力の割合）を表し、横軸は時間を表している。図３に示す例は、予測部２３により予測された予測結果である１日の発電出力を３０分毎に示している。これに対して、図４に示す例は、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１に記憶される１日の出力比を１秒毎に示している。

【0016】

そのため、予測部２３により予測された予測結果である発電出力の出力比と、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１に発電実績として記憶される出力比とを比較するためには、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１に記憶される１秒毎の出力比から、３０分毎に出力比の平均を求める必要がある。具体的には、発電実績選出部１１１は、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１に記憶される３０分毎の出力比の平均と、予測部２３の予測結果である発電出力の出力比との類似度を算出する。そして、発電実績選出部１１１は、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１に記憶される３０分毎の出力比の平均のうち、予測結果の発電出力の出力比との類似度が所定の類似度より高い出力比の平均を選出する。または、発電実績選出部１１１は、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１に記憶される１秒毎の出力比のうち、予測結果の発電出力の出力比との差分が最小となる出力比を選出しても良い。

【0017】

図２に戻り、充放電実績選出部１１２は、充放電実績ＤＢ２２から、発電実績選出部１１１により選出された発電実績が示す発電履歴に対応する充放電履歴を示す充放電実績を選出する（ステップＳ２０２）。ここで、発電履歴に対応する充放電履歴とは、当該発電履歴が記録された際の変動抑制制御による蓄電池３の充放電履歴である。例えば、充放電実績選出部１１２は、発電実績選出部１１１により選出された発電実績が示す発電履歴が得られた期間（例えば、１日）の変動抑制制御による蓄電池３の充放電履歴を示す充放電実績を選出する。または、充放電実績選出部１１２は、発電実績選出部１１１により選出された発電実績が示す発電履歴が得られた期間（例えば、１日）と同様の気象条件の期間の変動抑制制御による蓄電池３の充放電履歴を示す充放電実績を選出する。

【0018】

また、本実施形態では、充放電実績選出部１１２は、充放電実績ＤＢ２２に記憶された充放電実績が、変動抑制制御による蓄電池３の充放電履歴のみを示す場合には、充放電実績ＤＢ２２に記憶された充放電実績をそのまま選出する。一方、充放電実績選出部１１２は、充放電実績ＤＢ２２に記憶された充放電実績が、変動抑制制御および負荷平準化制御の両方による蓄電池３の充放電履歴を示す場合には、充放電実績ＤＢ２２に記憶された充放電実績から、負荷平準化制御による蓄電池３の充放電履歴を除く。

【0019】

次いで、変動抑制用容量算出部１２１は、充放電実績選出部１１２により選出された充放電実績が示す充放電履歴に基づいて、所定期間（例えば、１日）における変動抑制制御に要する蓄電池３の変動抑制用容量を算出する（ステップＳ２０３）。図５は、第１の実施形態にかかる容量配分システムにおける変動抑制対象の再生可能エネルギーの発電出力、変動抑制制御による蓄電池の出力、および再生可能エネルギーの発電出力の目標値を示す図である。図５において、縦軸は再生可能エネルギー発電出力および変動抑制制御による蓄電池３の出力を表し、横軸は時間を表す。変動抑制用容量算出部１２１は、図５において、所定時間における、変動抑制制御による蓄電池３の出力の最大値を、変動抑制制御に必要な蓄電池３の出力（以下、必要蓄電池出力と言う）とする。そして、変動抑制用容量算出部１２１は、図５において、単位時間毎の蓄電池３の必要蓄電池出力の積分値を、変動抑制用容量として算出する。または、変動抑制用容量算出部１２１は、充放電実績選出部１１２により選出された複数の充放電実績それぞれが示す単位時間毎の蓄電池３の必要蓄電池出力の積分値のうち、最大値を、変動抑制用容量としても良い。

【0020】

次いで、負荷平準化用容量算出部１２２は、蓄電池３の電池容量から、変動抑制用容量算出部１２１により算出した変動抑制用容量を除いた値を、負荷平準化用容量として算出する（ステップＳ２０４）。

【0021】

このように、第１の実施形態にかかる容量配分システムによれば、変動抑制制御に用いる蓄電池３を負荷平準化制御にも用いることができるので、蓄電池３を有効活用することができ、変動抑制制御を行う装置の導入コストに見合った採算性を得ることが可能となる。

【0022】

（第２の実施形態）
本実施形態は、目的別容量配分制御装置が、予測部を有する例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

【0023】

図６は、第２の実施形態にかかる容量配分システムの構成の一例を示すブロック図である。図６に示すように、本実施形態では、容量配分システムは、目的別容量配分制御装置６０１と、ＥＭＳ６１０と、蓄電池３と、を有する。本実施形態では、ＥＭＳ６１０は、予測部２３を有しない点において、第１の実施形態のＥＭＳ２と異なる。また、本実施形態では、目的別容量配分制御装置６０１は、実績選出部６０２と、目的別蓄電池容量割当部１２と、目的別蓄電池容量ＤＢ１３と、を有する。実績選出部６０２は、発電実績選出部１１１と、充放電実績選出部１１２と、予測部６０５と、を有する。本実施形態では、目的別容量配分制御装置６０１は、第１の実施形態における予測部２３と同様の動作を行う予測部６０５を有する点において、第１の実施形態における目的別容量配分制御装置１と異なる。

【0024】

本実施形態では、予測部６０５は、気象予測装置６０４から所定期間における気象予測情報を取得し、取得した気象予測情報に基づいて、所定期間における再生可能エネルギーの発電量を予測する。そして、発電実績選出部１１１は、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１に記憶される発電実績のうち、再生可能エネルギーの発電量の予測結果に類似する発電履歴を示す発電実績を選出する。すなわち、発電実績選出部１１１において、気象予測装置６０４から取得した気象予測情報と類似する気象情報の下での再生可能エネルギーの発電履歴を示す発電実績が選出される。

【0025】

より具体的には、予測部６０５は、気象予測装置６０４から、所定期間における予め設定された時間（例えば、３０分、１時間）毎の気象予測情報を取得する。そして、予測部６０５は、発電に用いる再生可能エネルギーがＰＶである場合、取得した気象予測情報のうち日照条件および気温が類似する気象情報の下でのＰＶの発電量を予測し、予測結果として出力する。また、予測部６０５は、発電に用いる再生可能エネルギーが風力である場合、取得した気象予測情報のうち風向および風速が類似する気象情報の下での風力発電の発電量を予測し、予測結果として出力する。発電実績選出部１１１では、予測部６０５により予測された所定期間における再生可能エネルギーの発電量の予測結果に基づいて、再生可能エネルギー発電実績ＤＢ２１から、所定の発電条件を満たす発電履歴を示す発電実績を選出する。予測部６０５の予測結果がＰＶの発電量の場合、発電実績選出部１１１では、ＰＶの発電履歴を示す発電実績を選出する。予測部６０５の予測結果が風力の発電量の場合、発電実績選出部１１１では、風力の発電履歴を示す発電実績を選出する。

【0026】

このように、第２の実施形態にかかる容量配分制御システムによれば、目的別容量配分制御装置６０１において、所定期間の気象条件に基づく再生可能エネルギーの発電量の予測結果に基づいて、再生可能エネルギーの発電履歴を選出した場合も、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0027】

以上説明したとおり、第１，２の実施形態によれば、蓄電池３を有効活用することができ、変動抑制制御を行う装置の導入コストに見合った採算性を得ることができる。

【0028】

なお、本実施形態の目的別容量配分制御装置１およびＥＭＳ２で実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等に予め組み込まれて提供される。また、本実施形態の目的別容量配分制御装置１およびＥＭＳ２で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

【0029】

さらに、本実施形態の目的別容量配分制御装置１およびＥＭＳ２で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の目的別容量配分制御装置１およびＥＭＳ２で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

【0030】

本実施形態の目的別容量配分制御装置１で実行されるプログラムは、上述した各部（実績選出部１１，６０２、目的別蓄電池容量割当部１２）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、実績選出部１１、目的別蓄電池容量割当部１２が主記憶装置上に生成されるようになっている。

【0031】

本実施形態のＥＭＳ２で実行されるプログラムは、上述した各部（予測部２３、計画部２４、制御部２５）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵが上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、予測部２３、計画部２４、制御部２５が主記憶装置上に生成されるようになっている。

【0032】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】