特開 2024-179597 電力管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179597

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】電力管理システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20241219BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241219BHJP

   H02J 13/00 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02J7/00 B

H02J7/00 P

H02J13/00 311R

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098574

(22)【出願日】2023-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 知也

【テーマコード（参考）】

5G064

5G066

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G064AA01

5G064AC05

5G064CB10

5G064DA11

5G066HA15

5G066HB09

5G066JB03

5G503AA01

5G503BA04

5G503BB01

5G503CA01

5G503FA06

5G503GD04

(57)【要約】

【課題】エネルギーマネジメントによって電力システムの安定化を図る。
【解決手段】電力管理システムが、リソースと、リソースを制御する制御装置とを備える。リソースは、蓄電装置を有し、蓄電装置の充電と放電との少なくとも一方によってエネルギーマネジメントを実行可能に構成される。制御装置は、エネルギーマネジメントを要求する要求信号を受信したときに、リソースが調整可能な電力量である調整可能量を推定し（Ｓ１１）、所定の期間において要求信号が要求するエネルギーマネジメントをリソースに実行させる（Ｓ１４）。要求信号は、エネルギーマネジメントのための電力要求値を示す。制御装置は、所定の期間において、推定された調整可能量が少ないほど、電力要求値に対して設定された許容範囲内でリソースによる充電電力または放電電力が小さくなるようにリソースへの電力指令値を決定する（Ｓ１３）。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電装置を有し、前記蓄電装置の充電と放電との少なくとも一方によってエネルギーマネジメントを実行可能に構成されるリソースと、
前記リソースを制御する制御装置と、
を備える電力管理システムであって、
前記制御装置は、エネルギーマネジメントを要求する要求信号を受信したときに、前記リソースが調整可能な電力量である調整可能量を推定し、所定の期間において前記要求信号が要求する前記エネルギーマネジメントを前記リソースに実行させるように構成され、
前記要求信号は、前記エネルギーマネジメントのための電力要求値を示し、
前記制御装置は、前記所定の期間において、推定された前記調整可能量が少ないほど、前記電力要求値に対して設定された許容範囲内で前記リソースによる充電電力または放電電力が小さくなるように前記リソースへの電力指令値を決定するように構成される、電力管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０２０－１５６１４９号公報（特許文献１）には、リソース（例えば、電気自動車）にエネルギーマネジメント（例えば、ＶＰＰ（仮想発電所）サービス）を実行させる制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１５６１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電気事業者は、エネルギーマネジメントの要求を受け、要求されたエネルギーマネジメントを実行することによって報酬を得ることがある。例えば、蓄電装置を有するリソースを管理する電気事業者が、約定期間において要求されたエネルギーマネジメントを実行することによって、契約に基づく報酬が電気事業者に支払われることがある。こうした電気事業者は、電力システムの安定化に貢献し得る。しかしながら、リソースの状態によっては、要求されたエネルギーマネジメントをリソースが実行できないことがある。電力システムの安定化を図るためには、電力管理システムのさらなる改善が望まれる。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エネルギーマネジメントによって電力システムの安定化を図ることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一形態に係る電力管理システムは、リソースと、リソースを制御する制御装置とを備える。リソースは、蓄電装置を有し、蓄電装置の充電と放電との少なくとも一方によってエネルギーマネジメントを実行可能に構成される。制御装置は、エネルギーマネジメントを要求する要求信号を受信したときに、リソースが調整可能な電力量である調整可能量を推定し、所定の期間において要求信号が要求するエネルギーマネジメントをリソースに実行させるように構成される。要求信号は、エネルギーマネジメントのための電力要求値を示す。制御装置は、所定の期間において、推定された調整可能量が少ないほど、電力要求値に対して設定された許容範囲内でリソースによる充電電力または放電電力が小さくなるようにリソースへの電力指令値を決定するように構成される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、エネルギーマネジメントによって電力システムの安定化を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施の形態に係る電力管理システムの概要を示す図である。

【図2】本開示の実施の形態に係るエネルギーマネジメント方法について説明するための図である。

【図3】３つのケースにおける充放電必要量について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0010】

図１は、本開示の実施の形態に係る電力管理システムの概要を示す図である。図１を参照して、この実施の形態に係る電力管理システムは、電力系統ＰＧのエネルギーマネジメントを実行する。この電力管理システムは、複数の車両１０を含む車群１０Ｇと、複数の車両２０を含む車群２０Ｇと、需給管理システム１００（以下、「システム１００」と記載）と、リソース管理システム２００（以下、「システム２００」と記載）と、電動車管理システム３００（以下、「システム３００」と記載）と、複数の給電設備５１０と、複数の給電設備５２０とを含む。システム３００は、プロセッサ３１０および記憶装置３２０を備える。図示は省略しているが、システム１００および２００も、システム３００と同様、プロセッサおよび記憶装置を備える。

【0011】

電力系統ＰＧは、送配電設備によって構築される電力網である。電力系統ＰＧには、複数の発電所が接続されている。給電設備５１０および５２０の各々は、電力系統ＰＧと電気的に接続され、電力系統ＰＧから電力の供給を受ける。車両１０および２０の各々は、蓄電装置を備える電動車（ｘＥＶ）であり、蓄電装置からの放電電力を用いて走行可能に構成される。車両１０、２０は、それぞれ給電設備５１０、５２０と電気的に接続された状態（プラグイン状態）において、電力系統ＰＧから給電設備５１０、５２０を通じて供給される電力（車両外部からの電力）を用いて車載バッテリ（蓄電装置）を充電できる。

【0012】

車両１０、給電設備５１０は、それぞれＶ１Ｇタイプ（電力系統ＰＧから一方的に電力の供給を受けるタイプ）の電動車、給電設備である。給電設備５１０は、例えばコンセント型の給電設備である。車両２０、給電設備５２０は、それぞれＶ２Ｇタイプ（電力系統ＰＧとの間で双方方向に電力をやり取りするタイプ）の電動車、給電設備である。給電設備５２０は、例えばケーブル一体型の給電設備である。車両１０および２０の各々は、例えばＢＥＶ（電気自動車）である。ただしこれに限られず、車群１０Ｇおよび２０Ｇの各々に含まれる電動車（ｘＥＶ）の種類は任意である。

【0013】

システム３００は、車群１０Ｇ，２０Ｇに含まれる各電動車と通信可能に構成される。システム３００は、給電設備５１０、５２０を介してそれぞれ車両１０、２０と有線通信してもよいし、無線通信により車両１０，２０の各々と直接的に通信してもよい。また、各電動車のユーザはユーザ端末３０を携帯する。システム３００はユーザ端末３０とも通信する。ユーザ端末３０は、例えばスマートフォンであるが、他の端末であってもよい。

【0014】

図１に示した各電動車および各給電設備はシステム３００に登録される。記憶装置３２０は、登録された各電動車に関する情報（仕様、位置、状態など）を、電動車の識別情報（車両ＩＤ）で区別して記憶している。また、各電動車のユーザ端末３０も、車両ＩＤと紐付けられてシステム３００に登録される。各電動車は、自らに関する車両情報（例えば、車載センサの検出結果）をシステム３００へ送信する。また、各電動車のユーザ端末３０も、電動車に関する情報をシステム３００へ送信する。例えば、ユーザが電動車の走行計画または充電計画をユーザ端末３０に入力すると、その計画が当該電動車の識別情報と紐付けられてシステム３００に登録される。また、記憶装置３２０は、登録された各給電設備に関する情報（仕様、位置など）を、給電設備の識別情報で区別して記憶している。

【0015】

以下では、システム３００が管理する全ての電動車を、「電動車リソース」と総称する。システム３００は、電動車リソースに関して、非調整時の充放電電力（基準値）とその基準値に対して電動車リソースが調整可能な電力量（充放電可能量）とを求めてシステム２００へ送信する。システム２００は、電動車リソースを含む複数の分散型エネルギーリソース（以下、「ＤＥＲ」と表記する）を管理する。以下では、システム２００が管理する全てのＤＥＲを、「ＥＭリソース」と総称する。ＥＭリソースは、電動車リソース以外のＤＥＲ（例えば、定置式の蓄電装置）をさらに含む。システム２００は、ＥＭリソースに関して、非調整時の充放電電力（基準値）とその基準値に対してＥＭリソースが調整可能な電力量（充放電可能量）とを求めてシステム１００へ送信する。システム１００は、システム２００から受信した基準値および充放電可能量に基づいて、電力市場で取引きを行う。システム１００は、電力取引きに関する決済を行い、取引き記録を管理する。以下では、電力市場で取引きされる商品の一例として、三次調整力－２について説明する。

【0016】

三次調整力－２は需給調整市場で取引きされる。需給調整市場では、１日を３時間単位で区切った８ブロックの各々について、例えば入札方式によって三次調整力－２の取引きが行われる。システム１００は、対象ブロックの前日の１２時から１４時までの期間内に、需給調整市場で入札を行う。具体的には、システム１００は、商品（例えば、三次調整力－２）、ブロック（８ブロックのいずれか）、基準値、および入札量を含む入札情報を、市場システム（図示せず）へ送信する。その後、入札日の１５時に結果がシステム１００に通知される。入札した商品が落札されると、約定に至る。需給調整市場で三次調整力－２を落札した者は、基準値（ｋＷ）から約定量（ｋＷ）までの範囲（約定調整範囲）内で電力を調整する義務（契約義務）を負う。

【0017】

システム１００は、入札した商品を落札すると、提出期限（例えば、落札された対象ブロックの開始時刻１時間前）までに基準値を市場システムに登録する。システム１００は、落札された対象ブロック（約定期間）において、エネルギーマネジメントを要求する市場要求信号を、市場システムから逐次受信する。市場要求信号は、約定調整範囲内で市場システムが任意に要求する電力要求値を示す。システム１００は、約定期間において、実績調整電力が電力要求値に追従するようにエネルギーマネジメントを実行する。

【0018】

市場システムは、約定期間において、システム１００（落札者）が約定調整範囲内の指令（市場要求信号）に従って調整していること（応動実績）を、コマ（３０分）ごとに確認する。約定期間において電力要求値が変更された場合、落札者は、商品要件の応動時間内に出力をその値に変化させる。ただし、許容幅の範囲内であれば、出力が電力要求値からずれていてもよい。また、約定期間において電力要求値が同じ値で継続する場合、落札者は、少なくとも商品要件の継続時間はその電力要求値に従って出力を継続する。三次調整力－２では、応動時間が４５分以内、継続時間が３時間（６コマ）である。落札者が蓄電装置を用いてエネルギーマネジメントを実行する場合には、落札者の出力は、要求されたエネルギーマネジメント（商品）に対応する充電（需要増加）または放電（供給増加）である。要件の不適合が判明した場合には、落札者に所定のペナルティ料金が科される。

【0019】

図１に示す例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間が約定期間に相当し、基準値から約定量Ｙまでの範囲が約定調整範囲に相当する。線Ｌ１０は電力要求値の推移を示す。線Ｌ１１は、電力要求値よりも許容幅だけ小さい電力値（許容範囲の下限値）を示す。線Ｌ１２は、電力要求値よりも許容幅だけ大きい電力値（許容範囲の上限値）を示す。許容幅は、例えば約定量Ｙの１０％である。市場システムは、時刻ｔ１から応動時間（４５分）さかのぼった時刻ｔ０に市場要求信号を落札者へ送信する。図１に示す例では、初期の電力要求値が約定量Ｙであり、時刻ｔ３で電力要求値が変更されている。時刻ｔ０から応動時間経過時までの範囲（応動許容Ａ）と、時刻ｔ３から応動時間経過時までの範囲（応動許容Ｂ）と、線Ｌ１１，Ｌ１２で示される許容幅に対応する範囲（増減許容）とが、要件を満たす範囲（許容範囲）に相当する。

【0020】

システム１００は、市場要求信号を受信すると、市場要求信号が要求するエネルギーマネジメントを実行するために必要な調整量（上位指示量）を求め、得られた上位指示量に基づいて、ＥＭリソースに要求する電力要求値（リソース指示量）を決定する。そして、システム１００は、約定要件（約定量、約定期間、許容範囲など）およびリソース指示量を示す第１要求信号をシステム２００へ送信する。システム２００は、第１要求信号を受信すると、リソース指示量のために必要な調整量（充放電必要量）を求め、得られた充放電必要量に基づいて、電動車リソースに要求する電力要求値（車群指示量）を求める。そして、システム２００は、約定要件および車群指示量を示す第２要求信号をシステム３００へ送信する。システム３００は、後述する図２に示す処理により、第２要求信号が要求するエネルギーマネジメントが実行されるように電動車リソースを制御する。こうした階層構造（ツリー構造）によれば、多くの需要家にエネルギーマネジメントを要請することができる。ＥＭリソースはＶＰＰ（仮想発電所）として機能してもよい。

【0021】

図２は、この実施の形態に係るエネルギーマネジメント方法について説明するための図である。フローチャート中の「Ｓ」は、ステップを意味する。システム３００は、第２要求信号を受信すると、図２に示す処理フローを開始する。Ｓ１１では、システム３００が、最新の車両情報（位置、蓄電量、プラグイン／プラグアウトなど）に基づいて、約定期間において電動車リソースが調整可能な電力量（充放電可能量）を推定する。続くＳ１２では、システム３００が、約定期間において第２要求信号が要求するエネルギーマネジメントのために必要な充放電必要量（調整必要量）を算出する。具体的には、システム３００は、例えば図２中の式（３）を用いて、約定期間における充放電必要量を算出する（詳しくは、後述する図３参照）。続くＳ１３では、システム３００が、充放電必要量（Ｓ１２）に対して充放電可能量（Ｓ１１）が多いほど、電力要求値に対して設定された許容範囲内で電動車リソースの電力値（車群１０Ｇ，２０Ｇの総電力）が大きくなるように電動車リソースへの電力指令値を決定する。具体的には、システム３００は、例えば図２中の式（１），（２）を用いて、電動車リソースの電力値（要求されるエネルギーマネジメントに応じた総充電電力または総放電電力）を決定する。式（１）は「電力指令値＝α×許容範囲の上限値＋（１－α）×許容範囲の下限値」である。式（２）は、式（１）中の「α」を、「α＝（充放電可能量－Ｋ×充放電必要量）／定数」のように規定する。ただし、「α」は０以上１以下である。「Ｋ」は、安全率であり、１よりも大きい。式（１），（２）で示されるように、充放電必要量に対する充放電可能量の余裕度が多いほど電動車リソースへの電力指令値は許容範囲の上限値に近づき、充放電必要量に対する充放電可能量の余裕度が少ないほど電動車リソースへの電力指令値は許容範囲の下限値に近づく。

【0022】

Ｓ１４では、システム３００が、Ｓ１３で決定された電動車リソースへの電力指令値に従い、エネルギーマネジメントに使用する各電動車を遠隔制御する。システム３００は、電動車リソースの電力値が上記電力指令値になるように、各電動車に制御指令を送信する。システム３００は、電動車リソースへの電力指令値を各電動車に按分してもよい。各電動車において蓄電装置の充電電力または放電電力がシステム３００からの指令値に到達すると、各電動車は、約定期間が終了するか、あるいは電力要求値が変更されるまで、その指令値での充電または放電を継続する。約定期間が終了すると、各電動車は、蓄電装置の充放電を終了し、システム３００からインセンティブを受け取る。

【0023】

Ｓ１４の処理が実行されると、図２に示す処理フローは終了する。ただし、市場システムが要求する電力要求値が変更されると、新たな電力要求値を知らせる市場要求信号、第１要求信号、第２要求信号が、それぞれシステム１００、２００、３００に送られる。そして、システム３００がこの第２要求信号を受信すると、新たな電力要求値に基づいて、再び上記処理フロー（Ｓ１１～Ｓ１４）を実行する。

【0024】

図３は、３つのケース（事例）における充放電必要量について説明するための図である。ケース１では、線Ｌ５１が示すように約定期間において電力要求値が変更されない。この場合、充放電必要量は、約定量Ｙと残時間（約定期間が終了するまでの残り時間）との乗算値（以下、「基本必要量」と称する）になる。線Ｌ５２が示すように、残時間が短くなるにつれて充放電必要量は小さくなる。ケース２では、線Ｌ６１が示すように、時刻ｔ１０で電力要求値が約定量Ｙから減少側へ変更される。この場合、線Ｌ６２が示すように、式「充放電必要量＝基本必要量－（約定量Ｙ－現在の上位指示）×電力要求値変更時の許容時間」に従って充放電必要量が推移する。ケース３では、線Ｌ７１が示すように、時刻ｔ２１で電力要求値が約定量Ｙから減少側へ変更され、さらに時刻ｔ２２で電力要求値が約定量Ｙに戻る。この場合も、線Ｌ７２が示すように、上記式に従って充放電必要量が推移する。

【0025】

図２に示す時刻ｔ０～ｔ３はそれぞれ図１中の時刻ｔ０～ｔ３と同じである。線Ｌ１０Ａは、第２要求信号が電動車リソースに要求する電力要求値の推移を示す。線Ｌ１１Ａ、Ｌ１２Ａは、それぞれ上記電力要求値（線Ｌ１０Ａ）に対して設定された許容範囲の下限値、上限値を示す。システム３００は、図２中の式（１）～（３）に従って電動車リソースへの電力指令値を決定する。充放電可能量が少ない場合には、線Ｌ２１で示すように電動車リソースへの電力指令値が決定される。時刻ｔ０で充放電可能量が少ない場合には、システム３００は、Ｓ１３で電力指令値Ｙ１を決定し、続くＳ１４で、電動車リソースの電力値が時刻ｔ１に電力指令値Ｙ１に到達するように、各電動車に制御指令を送信する。他方、充放電可能量が多い場合には、線Ｌ２２で示すように電動車リソースへの電力指令値が決定される。時刻ｔ０で充放電可能量が多い場合には、システム３００は、Ｓ１３で電力指令値Ｙ２を決定し、続くＳ１４で、電動車リソースの電力値が時刻ｔ１に電力指令値Ｙ２に到達するように、各電動車に制御指令を送信する。線Ｌ２１は線Ｌ１０Ａよりも線Ｌ１１Ａに近い。線Ｌ２２は線Ｌ１０Ａよりも線Ｌ１２Ａに近い。推定された充放電可能量が少ないほど許容範囲内で電動車リソースの充電電力または放電電力が小さくなる。

【0026】

以上説明したように、この実施の形態に係る電力管理システムは、ＥＭリソースと、ＥＭリソースを制御する制御装置とを備える。具体的には、システム３００が電動車リソースを制御する。電動車リソース（車両１０，２０）は、蓄電装置を有し、蓄電装置の充電と放電との少なくとも一方によってエネルギーマネジメントを実行可能に構成される。システム３００（制御装置）は、エネルギーマネジメントを要求する要求信号（第２要求信号）を受信したときに、電動車リソースが調整可能な電力量である調整可能量を推定し（Ｓ１１）、所定のＥＭ期間（例えば約定期間）において要求信号が要求するエネルギーマネジメントを電動車リソースに実行させる（Ｓ１４）。要求信号は、エネルギーマネジメントのための電力要求値（線Ｌ１０Ａ参照）を示す。システム３００は、ＥＭ期間において、推定された調整可能量が少ないほど、電力要求値に対して設定された許容範囲内でリソースによる充電電力または放電電力が小さくなるように電動車リソースへの電力指令値を決定する（Ｓ１３）。こうした電力管理システムによれば、リソースがＥＭ期間において要求されたエネルギーマネジメントを実行しやすくなる。そして、エネルギーマネジメントによって電力システム（例えば電力系統ＰＧ）の安定化を図ることが可能になる。

【0027】

より詳しくは、上記の電力管理システムは、ＥＭ期間において、リソースが提供する充電電力または放電電力が、電力要求値（目標値）に一致していなくても、電力要求値に対して設定された許容範囲内にあれば、要求されたＥＭ（エネルギーマネジメント）が実行された（リソースがＥＭに成功した）と認定する。許容範囲によって、電力システムにとって必要なＥＭを規定できる。許容範囲を狭くするほどＥＭの精度を高めることができる。また、許容範囲を広くするほどＥＭのためのリソースを確保しやすくなる。

【0028】

さらに、上記電力管理システムでは、リソースの状態に応じてリソースへの電力指令値が決定される。具体的には、ＥＭ期間において、リソースの調整可能量が少ないほど、許容範囲内でリソースによる充電電力または放電電力を小さくするようにリソースへの電力指令値が決定される。リソースの調整可能量が少ない場合にリソースへの電力指令値を許容範囲の下限値に近づけることで、ＥＭ期間においてリソースの調整可能量が調整必要量を下回ることが抑制される。また、リソースの調整可能量が多い場合にリソースへの電力指令値を許容範囲の上限値に近づけることで、要求される側への電力調整（エネルギーマネジメント）が強まり、電力システムの安定化に貢献しやすくなる。

【0029】

なお、電力市場の代わりにＴＳＯ（系統運用者）がエネルギーマネジメントを要求してもよい。システム１００，２００，３００の各々は、オンプレミスサーバで具現化されるが、クラウド上に実装されてもよい。各システムの機能を１つの装置が有してもよい。

【0030】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0031】

１０，２０ 車両、１００ 需給管理システム、２００ リソース管理システム、３００ 電動車管理システム、５１０，５２０ 給電設備、ＰＧ 電力系統。

【図1】

【図2】

【図3】