特許 7404751 エネルギー管理装置、エネルギー管理方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】エネルギー管理装置、エネルギー管理方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/00 20060101AFI20231219BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

H02J3/00 130

H02J3/38 110

H02J3/00 170

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019185021

(22)【出願日】2019-10-08

(65)【公開番号】P2021061697

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-09-08

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 浩輝

(72)【発明者】

【氏名】横山 昌央

(72)【発明者】

【氏名】本郷 真一

【審査官】杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１７１６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１００５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３６５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２５７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１７７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８２８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２０５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２７０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２１０４２５１（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２２５６１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／２１７４６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／２１８１９１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／００

Ｈ０２Ｊ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統と連系し、蓄電装置を備えたマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、
前記マイクログリッドの受電電力の上下限と前記蓄電装置の出力電力の上下限を制約条件として、前記マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化する前記マイクログリッドの受電電力の目標値を、前記マイクログリッドにおける電力の需給予測に基づいて算出する、エネルギー管理装置。

【請求項2】

請求項１に記載のマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、
目的関数を用いて、前記マイクログリッドのエネルギーの利用効率を評価する、エネルギー管理装置。

【請求項3】

請求項２に記載のマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、
前記目的関数は、前記蓄電装置の使用制限期間を評価する関数である、マイクログリッドのエネルギー管理装置。

【請求項4】

請求項２に記載のマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、
前記目的関数は、前記マイクログリッドの電気料金を評価する関数である、エネルギー管理装置。

【請求項5】

請求項２～請求項４のいずれか一項に記載のマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、
前記目的関数は、前記蓄電装置の使用制限期間を評価する項と前記マイクログリッドの電気料金を評価する項とを、重みを付けて加算する関数である、エネルギー管理装置。

【請求項6】

請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、
前記制約条件に、前記マイクログリッドの受電電力目標値の変化幅の条件を加える、エネルギー管理装置。

【請求項7】

請求項１～請求項６のいずれか一項に記載のマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、
前記目標値の予測対象期間を複数の区間に分割し、分割した各区間について、前記マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化する受電電力の目標値を算出する、エネルギー管理装置。

【請求項8】

請求項７に記載のマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、
前記区間は、前記需給予測の周期よりも長い、エネルギー管理装置。

【請求項9】

電力系統と連系し、蓄電装置を備えたマイクログリッドのエネルギー管理方法であって、
前記マイクログリッドの受電電力の上下限と前記蓄電装置の出力電力の上下限を制約条件として、前記マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化する前記マイクログリッドの受電電力の目標値を、前記マイクログリッドにおける電力の需給予測に基づいて、算出する、エネルギー管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクログリッドのエネルギー管理に関する。

【背景技術】

【0002】

化石燃料に対する依存の低減や環境問題の観点から、太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaic）システムに代表される分散型電源の導入が進められている。ＰＶシステムは太陽光発電パネルで発電された電力を、電力制御装置のインバータ回路を用いて、直流から交流に変換して出力している。

【0003】

下記特許文献１には、電力貯蔵型太陽光発電システムにおいて、分散型電源の発電電力と電力貯蔵手段からの電力の両方の出力時に、受電電力検出手段によって検出された受電電力が所定の電力を下回らないように、第２の電力変換手段を制御する技術を開示している。これにより、電力貯蔵手段からの電力が電力系統に逆潮流することを防いでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第４７６５１６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電力系統と連系したマイクログリッドにおいて、エネルギーを効率的に運用するための手法を提案することを、課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

電力系統と連系するマイクログリッドのエネルギー管理装置であって、前記マイクログリッドは、蓄電装置を備え、前記エネルギー管理装置は、前記マイクログリッドの受電電力の上下限と前記蓄電装置の出力電力の上下限を制約条件として、前記マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化する前記マイクログリッドの受電電力の目標値を、前記マイクログリッドにおける電力の需給予測に基づいて算出する。エネルギーの利用効率は、エネルギーを効率的に使用出来ているかどうかを意味しており、エネルギーの利用効率が高いけど、省エネルギー効果が高い。

【0007】

この技術は、マイクログリッドのエネルギー管理方法に適用することが出来る。

【発明の効果】

【0008】

マイクログリッドにおいて、エネルギーを効率的に運用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】マイクログリッドのブロック図

【図2】マイクログリッドのブロック図

【図3】日射量と発電電力の相関特性を示すグラフ

【図4】発電電力の予測値と消費電力の予測値の推移を示すグラフ

【図5】マイクログリッドの簡易的なブロック図

【図6】蓄電池の充電状態の推移を示すグラフ

【図7】蓄電池の充電状態の推移を示すグラフ

【図8A】受電電力の候補数を示す図

【図8B】受電電力の候補数を示す図

【図9】予測対象期間の分割例を示す図

【図10】マイクログリッドのブロック図

【発明を実施するための形態】

【0010】

電力系統と連系し、蓄電装置を備えたマイクログリッドのエネルギー管理装置は、前記マイクログリッドの受電電力の上下限と前記蓄電装置の出力電力の上下限を制約条件として、前記マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化する前記マイクログリッドの受電電力の目標値を、前記マイクログリッドにおける電力の需給予測に基づいて算出する。

【0011】

この構成では、マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化する受電電力の目標値を算出することが出来る。マイクログリッドの受電電力を、算出した目標値に追従させることにより、マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化することができる。

【0012】

目的関数を用いて、前記マイクログリッドのエネルギーの利用効率を評価してもよい。目的関数を用いることで、エネルギーの利用効率を数値化して客観的に評価することが可能となる。

【0013】

前記目的関数は、前記蓄電装置の使用制限期間を評価する関数であってもよい。この構成では、蓄電装置の利用効率の観点から、マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化することが出来る。

【0014】

前記目的関数は、前記マイクログリッドの電気料金を評価する関数であってもよい。この構成では、マイクログリッドの電気料金の観点から、マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化することが出来る。

【0015】

前記目的関数は、前記蓄電装置の使用制限期間を評価する項と前記マイクログリッドの電気料金を評価する項とを、重みを付けて加算する関数であってもよい。この構成では、蓄電装置の利用効率の観点とマイクログリッドの電気料金の観点の２つの観点から、マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化することが出来る。また、重みの付け方により、２つの観点に優劣を付けることが出来る。

【0016】

前記制約条件に、前記マイクログリッドの受電電力の変化幅の条件を加えてもよい。この構成では、目標値の候補が、受電電力の変化幅に絞られる。そのため、最適解を得るために必要な演算が少なくなり、演算の高速化が可能となる。また、受電電力の変化を変化幅に抑えることが出来るので、電力系統への影響が小さく電気の品質維持に有効である。

【0017】

前記目標値の予測対象期間を複数の区間に分割し、分割した各区間について、前記マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化する受電電力の目標値を算出してもよい。予測対象期間を複数の区間に分割することで、全区間を対象に演算を行う場合に比べて、最適解を得るために必要な演算が少なくなるため、演算の高速化が可能となる。

【0018】

前記区間は、前記需給予測の周期よりも長くてもよい。この構成では、複数サイクルの需要予測を加味して、受電電力の目標値を決定することが出来る。

【0019】

＜実施形態１＞
１．マイクログリッドＳ１の説明
マイクログリッドＳは、電力系統１に連系する小規模電力系統であり、分散型電源、蓄電装置、負荷を少なくとも備える。電力系統１は、電力事業者のものでもよいし、大型パワーコンディショナの自立運転出力で成り立っている独立した電力系統でもよい。

【0020】

図１は、マイクログリッドＳ１のブロック図である。マイクログリッドＳ１は、分散型電源である太陽光発電パネル１０と、蓄電装置である蓄電池１５と、電力制御装置であるパワーコンディショナ２０と、負荷Ｌから構成されている。

【0021】

パワーコンディショナ２０は、第１電力変換器である第１コンバータ回路２１と、第２電力変換器である第２コンバータ回路２３と、ＤＣリンク部２５と、双方向インバータ回路３１と、リレー３７と、制御装置５０と、直流電圧検出部２７と、出力電流検出部３３と、出力電圧検出部３５と、を備えている。

【0022】

第１コンバータ回路２１には、太陽光発電パネル１０が接続されている。第１コンバータ回路２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、太陽光発電パネル１０の出力電圧（直流）を昇圧して出力する。第１コンバータ回路２１はチョッパでもよい。

【0023】

第２コンバータ回路２３には、蓄電池１５が接続されている。蓄電池１５は、例えば、二次電池である。第２コンバータ回路２３は、蓄電池１５の放電と充電を行う双方向のＤＣ／ＤＣコンバータである。第２コンバータ回路２３は双方向チョッパでもよい。

【0024】

太陽光発電パネル１０と蓄電池１５は、第１コンバータ回路２１と第２コンバータ回路２３を介して、ＤＣリンク部２５に対して並列に接続されている。

【0025】

ＤＣリンク部２５は、コンバータ回路の接続点２４と双方向インバータ回路３１の間に位置している。ＤＣリンク部２５には、電解コンデンサＣ１が設けられている。電解コンデンサＣ１は、ＤＣリンク部２５の電圧Vdcを安定させるために設けられている。

【0026】

直流電圧検出部２７は、ＤＣリンク部２５の電圧Vdcを検出する。直流電圧検出部２７により検出されたＤＣリンク部２５の電圧Vdcは、制御装置５０に対して入力される。

【0027】

双方向インバータ回路３１は、ＤＣをＡＣに変換する逆変換（インバータ）と、ＡＣをＤＣに変換する順変換（コンバータ）を選択的に行う、双方向の変換回路である。双方向インバータ回路３１は、ＤＣリンク部２５に接続されており、逆変換動作時には、ＤＣリンク部２５より入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。詳細には、双方向インバータ回路３１には、太陽光発電パネル１０の発電によりＤＣリンク部２５において基準値より増加した電圧分に相当する電力が入力される。従って、基準値より増加した電圧分に相当する電力が、直流から交流に変換され、双方向インバータ回路３１から出力される。

【0028】

蓄電池１５は、第２コンバータ回路２３を介して、太陽光発電パネル１０の余剰電力を蓄電することが出来る。蓄電池１５は、太陽光発電パネル１０の発電電力が不足している場合、第２コンバータ回路２３を介して、放電して発電電力の不足を補うことが出来る。

【0029】

双方向インバータ回路３１は、リレー３７を介して、系統電源２を交流電源とする電力系統１に接続されている。

【0030】

リレー３７は、電力系統１との連系用として設置されている。リレー３７を閉じることで、マイクログリッドＳ１を電力系統１に連系させることが出来る。

【0031】

出力電流検出部３３は、双方向インバータ回路３１の出力電流Iinvを検出する。出力電圧検出部３５は、双方向インバータ回路３１の出力側に位置しており、双方向インバータ回路３１の出力電圧Vinvを検出する。

【0032】

出力電流検出部３３により検出された双方向インバータ回路３１の出力電流Iinvと、出力電圧検出部３５により検出された双方向インバータ回路３１の出力電圧Vinvは、制御装置５０に対して入力される。制御装置５０は、双方向インバータ回路３１の出力電流Iinvと出力電圧Vinvとに基づいて、双方向インバータ回路３１の出力電力（有効電力）Pinvを算出する。出力電力Pinvは、逆変換時を「正」とし、順変換時を「負」とする。

【0033】

双方向インバータ回路３１と電力系統１とを接続する電力線（幹線）５には、分岐線４を介して、需要設備である負荷Ｌが接続されている。負荷Ｌに対して、パワーコンディショナ２０と電力系統１の双方から電力を供給することが出来る。

【0034】

受電点３は、電力系統１による電力の供給地点であり、図１に示すように、電力系統１と構内（マイクログリッドＳ１）との境界部分である。

【0035】

電力系統１には、受電点３の電力検出用の計器として、外部トランスデューサ等の外部計測器４０が設けられている。

【0036】

外部計測器４０は、受電電流検出部４１と、系統電圧検出部４３とを有している。外部計測器４０は受電点３に対応して設置されており、受電電流検出部４１は、受電点３の受電電流を検出する。系統電圧検出部４３は電力系統１の系統電圧を検出する。

【0037】

外部計測器４０は、受電電流と系統電圧とに基づいて、受電電力（有効電力）P_RCVを算出する。外部計測器４０により検出された受電電力P_RCVは、制御装置５０に対して入力される。受電電力P_RCVは、電力潮流（以下、単に潮流とする）の状態判定に使用することが出来る。外部計測器４０は、受電点３の受電電力P_RCVを計測する計測器である。

【0038】

受電電力P_RCVは、順潮流（図１：電力系統１からマイクログリッドＳ１に向かう電気の潮流）を「正」とし、逆潮流（図２：マイクログリッドＳ１から電力系統１に向かう電気の潮流）を「負」とする。

【0039】

制御装置５０は、演算部であるＣＰＵ５１と記憶部であるメモリ５３を有する。メモリ５３には、マイクログリッドＳ１の電力の需給予測を行うプログラムや、マイクログリッドＳ１のエネルギーの利用効率を最適化する受電電力P_RCVの目標値を算出するプログラムが記憶されている。また、需給予測を行うために必要なデータや、エネルギーの利用効率を最適化する受電電力P_RCVの目標値を算出するために必要なデータが記憶されている。ＣＰＵ５１は、マイクログリッドＳ１の電力の需給予測に基づいて、マイクログリッドＳ１のエネルギーの利用効率を最適化する受電電力P_RCVの目標値を算出する。また、マイクログリッドＳ１の受電電力P_RCVが目標値に追従するようにマイクログリッドＳ１の電力制御を行う。
制御装置５０はエネルギー管理装置の一例である。

【0040】

制御装置５０は、双方向インバータ回路３１に指令を与えることで、順変換動作、逆変換動作の切り換えを制御できる。また、双方向インバータ回路３１の出力、つまり出力電力Pinvを制御できる。出力電力Pinvは、出力電流Iinvの調整により制御できる。

【0041】

制御装置５０は、第１コンバータ回路２１の入り切りにより、ＤＣリンク部２５に対する太陽光発電パネル１０の接続／非接続を制御できる。また、第２コンバータ回路２３の入り切りにより、ＤＣリンク部２５に対する蓄電池１５の接続／非接続を制御できる。制御装置５０は、第２コンバータ回路２３を介して、蓄電池１５の充電と放電の切り換え制御できる。また、第２コンバータ回路２３を介して、蓄電池１５の出力電力を制御できる。出力電力は、例えば、電流量を調整することで、制御することが出来る。

【0042】

２．マイクログリッドの電力の需給予測
制御装置５０は、マイクログリッドＳ１の電力の需給予測を行う。具体的には、マイクログリッドＳ１における電気の供給量（分散型電源の発電電力）［kW］と、マイクログリッドＳ１における電気の需要量［kW］とを予測する。

【0043】

マイクログリッドＳ１は、分散型電源として、太陽光発電パネル１０を有しているので、太陽光発電パネル１０の発電電力が、マイクログリッドＳ１の電気の供給量である。また、マイクログリッドＳ１は、負荷Ｌを有しているので、負荷Ｌの消費電力P_LOADが電気の需要量である。

【0044】

太陽光発電パネル１０の発電電力P_PVは、図３に示すように、日射量Ｘと相関性がある。発電電力P_PVの予測値は、ネットワークＮＷを介して、予測データ提供所７０から入手することが出来る。予測データ提供所７０は、パワーコンディショナ２０のサプライヤによる提供所でもいいし、発電事業者の提供所でもよい。太陽光発電パネル１０の発電電力P_PVは、双方向インバータ回路３１により交流に変換される。変換効率ηは、直流ＤＣを交流ＡＣに変換する時のインバータ回路３１の変換効率である。

【0045】

負荷Ｌの消費電力P_LOADは、過去のデータから予測することができる。例えば、数日間の消費電力P_LOADのデータを統計的に処理することで翌日の消費電力を予測することが出来る。

【0046】

負荷Ｌの消費電力P_LOADは、受電点３の受電電力P_RCVと双方向インバータ回路３１の出力電力Pinvとから求めることが出来る。順潮流（P_RCV＞０）の場合、負荷Ｌの消費電力P_LOADは出力電力Pinvと受電電力P_RCVの合計である。また、逆潮流（P_RCV＜０）の場合、負荷Ｌの消費電力P_LOADは出力電力Pinvと受電電力P_RCVの差である。

【0047】

P_LOAD＝Pinv＋P_RCV （Ａ）
P_LOAD＝Pinv－P_RCV （Ｂ）

【0048】

図４は、マイクログリッドＳ１の電力の需給予測結果を示すグラフである。破線は、マイクログリッドＳ１の発電電力の予測値であり、実線はマイクログリッドＳ１の消費電力の予測値である。この例では、予測対象期間Ｔを１日として、電力の需給予測を１時間ごとに行っており、予測値は、１時間ごとに値が変化するステップ状の波形である。マイクログリッドＳ１の電力の需給予測は、制御装置５０で行ってもよいし、別の装置で予測したデータを入手してもよい。

【0049】

３．電力の需給予測に基づく受電電力目標値の最適化
図５は、マイクログリッドＳ１の簡易的なブロック図である。制御装置５０のＣＰＵ５１は、マイクログリッドＳ１のエネルギーの利用効率を最適化する受電電力P_RCVの目標値（以下、受電電力の目標値P_RCVreft）を、マイクログリッドＳ１の電力の需給予測（図４）に基づいて、算出する。

【0050】

数式１は、マイクログリッドＳ１のエネルギーの利用効率を評価するための目的関数である。

【数1】

目的関数Ｆの第１項と第２項は、蓄電池１５の使用制限期間を評価する項である。第３項と第４項は、マイクログリッドＳ１の電気料金を評価する項である。

【0051】

使用制限期間には、充電制限期間T_MAXと放電制限期間T_MINの２つの期間がある。充電制限期間T_MAXは、充電が制限される期間であり、例えば、蓄電池１５の充電状態SOCが使用範囲の上限（満充電の場合）に位置する場合である。また、放電制限期間T_MINは、放電が制限される期間であり、例えば、蓄電池１５の充電状態SOCが使用範囲の下限に位置する場である。

【0052】

この例では、k₁＞k₂＞k₃＞k₄であり、マイクログリッドＳ１のエネルギーの利用効率の評価において、蓄電池１５の使用制限期間の評価が優先される。また、k₁＝k₂、k3＝k4でもよい。

【0053】

また、受電電力目標値P_RCVreftを最適化する演算を行うにあたり、制約条件として、受電電力目標値P_RCVreftの上限及び下限（数式２）と、蓄電池１５の出力電力［kW］の上限及び下限（数式３）の２つの条件がある。

【0054】

【数2】

【数3】

【0055】

【表1】

【0056】

充電状態SOCは蓄電池１５の定格容量に対する充電量の比率である。目的関数Ｆを計算するには蓄電池１５の充電状態SOCの推定が必要である。以下に、蓄電池１５の充電状態SOCと、受電電力P_RCVtの推定値のシミュレート方法を説明する。

【0057】

時間断面tにおける充電制限期間T_MAXと放電制限期間T_MINの算出方法について説明する。
＜ＳＴＥＰ１＞
数式４と数式５から、時間断面tにおける蓄電池１５の暫定出力電力予測値P_{BATtmp t}を算出する。

【0058】

【数4】

【数5】

【0059】

＜ＳＴＥＰ２＞
数式６～数式９より、時間断面tにおける蓄電池１５の暫定充電状態予測値SOC_{tmp t}を算出する。
（ａ）ｔ＝０の場合

【数6】

【数7】

【0060】

（ｂ）ｔ≠０の場合

【数8】

【数9】

【0061】

＜ＳＴＥＰ３＞
時間断面tにおけるの上下限逸脱有無を判定し、蓄電池１５の充電状態予測値SOC_t、蓄電池の出力電力P_{BAT t}、充電制限期間T_MAX、放電制限期間T_MINを決定する。
（ａ）SOC_tmpt≧SOCMAXの場合

【数10】

【数11】

【0062】

（ｂ）SOC_tmpt≦SOCMINの場合

【数12】

【数13】

【0063】

（ｃ）SOCMIN＜SOC_tmpt＜SOCMAXの場合

【数14】

【数15】

【0064】

次に、数式１６、１７より、蓄電池１５の充電量予測値Wh_BATtの初期値（ｔ＝０の場合）を求めることが出来る。

【数16】

【数17】

【0065】

次に、数式１８より各時間断面（ｔ≠０の場合）について、蓄電池１５の充電量予測値Wh_BATtを求めることが出来る。また、数式１９より、蓄電池１５の充電状態SOCの予測値SOC_tを求めることが出来る。

【数18】

【数19】

【0066】

時間断面tにおける受電電力予測値P_RCVは、数式２０、２１より、算出することが出来る。

【数20】

【数21】

【0067】

予測対象期間Tにおける受電電力ピーク予測値P_PEAKは、数式２２より、算出することが出来る。

【数22】

【0068】

【表2】

【0069】

数式４～１９より、発電電力予測値P_PVtと負荷Ｌの消費電力予測値P_LOADtに対して、受電電力目標値P_RCVreftが決まれば、蓄電池１５の充電状態SOC_tを推定することができる。

【0070】

制御装置５０は、各時間断面tにおいて、受電電力目標値P_RCVreftを変数として、蓄電池１５の充電状態SOC_tを推定し、その結果から、目的関数Ｆの４つの項を計算する。

【0071】

このような演算を、予測対象期間Ｔについて実行（予測対象期間Ｔが１日で、演算周期が１時間の場合、２４サイクル分実行）する。そして、受電電力目標値P_RCVreftの組み合わせのパターンについて、目的関数Ｆの値を比較することで、目的関数Ｆを最小とする受電電力目標値の組み合わせ、つまり、予測対象期間Ｔについて、各時間断面tの受電電力目標値P_RCVreftを決定することが出来る。

【0072】

図６、７は、横軸を時間[h]、左縦軸を電力[kW]、右縦軸を充電状態[％]としたグラフである。Ｙ１（太線）は受電電力[ｋＷ]の推移、Ｙ２は発電電力[ｋＷ]の推移を示す。Ｙ３は負荷の消費電力[ｋＷ]の推移、Ｙ４は蓄電池の出力電力[ｋＷ]の推移、Ｙ５（破線）は蓄電池１５の充電状態[％]の推移を示す。

【0073】

図６は、受電電力目標値P_RCVreftを経験則で決定した場合、図７は、受電電力目標値P_RCVreftを目的関数Ｆに基づいて決定した場合である。

【0074】

受電電力目標値P_RCVreftを経験則で決めた場合（図６）、１６時～１８時の時間帯において、蓄電池１５の充電状態SOCが１００[％]付近を維持している。そのため、１６時～１８時の時間帯、蓄電池１５は、充電の受け入れを制限する必要がある。

【0075】

受電電力目標値P_RCVreftを目的関数Ｆに基づいて決定した場合（図７）、蓄電池１５の充電状態SOCは、SOC上限線Lim1（SOC＝１００[％]）と、SOC下限線Lim2（SOC＝１０[％]）に対して、余裕を持って推移しており、常に充電と放電の双方が可能な状態である。つまり、受電電力目標値P_RCVreftを、経験則から決めた場合と比較すると、１６時～１８時の時間帯（Ａ部）について、充電状態SOCが低く抑えられており、この時間帯の充電が制限されない点が改善されている。

【0076】

４．マイクログリッドの電力制御
制御装置５０のＣＰＵ５１は、マイクログリッドＳ１の受電電力P_RCVが、目的関数Ｆを用いて算出した受電電力目標値P_RCVreftに追従するように、マイクログリッドＳ１の電力制御を行う。

【0077】

例えば、受電点３は順潮流、インバータ回路３１は逆変換動作時において、受電電力P_RCVの計測値が受電電力目標値P_RCVreftより低い場合、蓄電池１５の出力電力を絞ることにより、受電電力P_RCVの計測値と受電電力目標値P_RCVreftとの差を小さくする。受電電力P_RCVの計測値が受電電力目標値P_RCVreftより高い場合、蓄電池１５の出力電力を増加することにより、受電電力P_RCVの計測値と受電電力目標値P_RCVreftとの差を小さくする。

【0078】

以上のように、受電電力P_RCVの計測値と目標値との差に応じて、蓄電池１５の出力調整を行うことにより、マイクログリッドＳ１の受電電力P_RCVを、目的関数Ｆを用いた算出した受電電力目標値P_RCVreftに追従させることが出来る。

【0079】

４．効果
蓄電池１５は、マイクログリッドＳ１の余剰電力を充電し、電力の不足時に放電することで、電力の不足を補う。蓄電池１５の使用が制限される場合、余剰電力を貯めることが出来ずエネルギーのロスになることから、マイクログリッドＳ１のエネルギーの利用効率は低下する。

【0080】

この構成では、目的関数Ｆに基づいて受電電力目標値P_RCVreftの最適値を求めることで、蓄電池１５の使用制限期間を最小とすることが出来る。そのため、蓄電池１５の利用効率の観点から、マイクログリッドＳ１のエネルギーの利用効率を最適化することが出来る。

【0081】

また、蓄電池１５の使用制限期間が最小であれば、ＤＲ（デマンドレスポンス）にも、機動的に対応することが可能となる。つまり、蓄電池１５の充電状態SOCが、上下限に対し余裕を持つことで、上げＤＲと、下げＤＲのどちらにも対応することが出来る。

【0082】

上げＤＲは、電気の需要を増加する要求である。蓄電池１５を充電して負荷として用いることで、上げＤＲに対処することが出来る。下げＤＲは、電気の供給を増加する要求である。蓄電池１５を放電して電源として用いることで、下げＤＲに対処することが出来る。

【0083】

＜実施形態２＞
受電電力目標値P_RCVreftの最適値を決定するには、予測対象期間Ｔの各時間断面tのそれぞれについて、受電電力目標値P_RCVreftの候補数分だけ、蓄電池１５の充電状態SOCなどを推定し、目的関数Ｆの各項を計算する必要がある。例えば、予測対象期間Ｔが１日で、時間断面数が２４の場合、受電電力目標値P_RCVreftを０～１０［ｋＷ］の範囲で、１［ｋＷ］刻みで変化させた場合、受電電力目標値P_RCVreftの総候補数は、１１^２４＝９．８５×１０^２４個であり、総候補数に比例して、演算負荷は大きくなる。

【0084】

実施形態２では、以下の２つの方法を用いることで、演算負荷を小さくする。
（Ａ）受電電力目標値の変化幅の制約
（Ｂ）予測対象期間Ｔの分割

【0085】

（Ａ）について説明する。
受電電力P_RCVの変化は、電力系統１の電力品質に影響を及ぼす可能性があるため、変化幅は極力小さいほうが望ましい。そこで、数式２３に示すように、時間断面t当たりの受電電力目標値P_RCVreftの変化幅に、制約を設ける。

【0086】

【数23】

【0087】

図８Ａ、図８Ｂは、受電電力目標値P_RCVreftの候補の組み合わせを示す図である。図８Ａは受電電力目標値P_RCVreftの変化幅に制約を設けない場合であり、図８Ｂは、受電電力目標値P_RCVreftの変化幅の最大値を±２［ｋＷ］とした場合である。

【0088】

時間断面t当たりの受電電力目標値P_RCVreftの候補数は、受電電力目標値P_RCVreftの変化幅に制約を設けない場合（図８Ａの場合）、「１１」である。一方、受電電力目標値P_RCVreftの変化幅の最大値を±２［ｋＷ］とした場合（図８Ｂの場合）、「４」である。

【0089】

このように受電電力目標値P_RCVreftの変化幅に制約を設けることで、時間断面t当たりの受電電力目標値P_RCVreftの候補数を削減することが出来、演算負荷を大幅に削減することが出来る。また、電力系統１への影響を小さくすることが出来、電気の品質維持が可能となる。

【0090】

（Ｂ）について説明する。
予測対象期間Ｔを複数の区間ΔＴに分割する。そして、分割した各区間ΔＴを、１つの予測対象期間として、目的関数Ｆを用いて、各時間断面tの受電電力目標値P_RCVreftの最適値を決定する。

【0091】

例えば、予測対象期間Ｔが１日の場合、図９に示すように、ΔＴ１～ΔＴ４の４つの区間ΔＴに分割する。そして、各区間ΔＴを１つ予測対象期間として、目的関数Ｆを用いて、受電電力目標値P_RCVreftを最適化する演算を行う。

【0092】

この場合、全予測対象期間Ｔの受電電力目標値P_RCVreftは、最適値として決定された各区間ΔＴの各時間断面tの受電電力目標値P_RCVreftを、時系列に従って繋ぎ合わせたものとなる。

【0093】

予測対象区間Ｔの分割により、全予測対象期間Ｔの受電電力目標値P_RCVreftを、複数回に分けて計算することになる。そのため、１回当たりの受電電力目標値P_RCVreftの候補の組み合わせが減少するため、演算負荷を大幅に削減することが出来る。

【0094】

予測対象期間Ｔの分割数Ｎは、３分割など４以外でも勿論よい。また、各区分ΔＴの時間断面数は、同じでもいいし、同じでなくてもよい。各区間ΔＴは需給予測の周期よりも長くすることが好ましい。図９の例では、ΔＴ＝６時間、需給予測の周期＝１時間である。

【0095】

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

【0096】

（１）実施形態１では、マイクログリッドＳ１の一例として、ライン状の電力線（幹線）５を持つグリッドを示したが、サークル状の電力線（幹線）をもつグリッドでもよい。図１０に示す、マイクログリッドＳ２は、サークル状をした電力線１００を有している。電力線１００には、太陽光発電パネル１１０と風力発電機１２０が電力変換器１１５、１２５を介して接続されている。また、電力線１００には、負荷１３０と、蓄電池１４０がそれぞれ接続されている。マイクログリッドＳ２の電力線１００は、連系線１０５を介して、電力系統１に接続されている。

【0097】

マイクログリッドＳ２は、制御装置１５０を有している。制御装置１５０は、マイクログリッドＳ２の需給予測に基づいて、マイクログリッドＳ２のエネルギーの利用効率を最適化する受電電力目標値P_RCVreftを算出する。制御装置１５０は、受電点３の受電電力が、算出した受電電力目標値P_RCVreftに追従するように、マイクログリッドＳ２の電力制御を行う。具体的には、受電点３に設けられた計器１６０の出力に基づいて、受電点３の受電電力P_RCVをモニタする。そして、制御装置１５０は、受電電力目標値P_RCVreftに対して差がある場合、電力変換器１４５を介して、蓄電池１４０を充電又は放電することにより、その差を小さくする。このようにすることで、受電電力P_RCVを、算出した目標値P_RCVreftに追従させることができ、マイクログリッドＳ２のエネルギーの利用効率を最適化することが出来る。制御装置１５０は、本発明の「エネルギー管理装置」の一例である。

【0098】

また、マイクログリッドＳ２は、分散型電源として、太陽光発電パネル１０と風力発電機１２０を有している。マイクログリッドＳ２の需給予測を行う場合、マイクログリッドＳ２の電力の供給量は、各分散型電源の発電電力の合計値にすればよい。また、負荷が複数ある場合、マイクログリッドＳ２の電力の需要量は、負荷の合計値にすればよい。尚、分散型電源は、需要地に隣接して分散配置される小規模な発電設備全般の総称である。分散型電源は、太陽光発電パネル１０や風力発電機１２０以外に、例えば、バイオマス発電装置などでもよい。分散型電源は、再生可能エネルギーを利用した電源でもいいし、化石燃料を利用した電源でもいい。

【0099】

（２）実施形態１では、目的関数Ｆを、第１項から第４項の４つの項から構成し、それら４つの項に重み係数k₁～k₄を乗じて加算する関数とした。実施形態１では、重み係数の大小関係を、k₁＞k₂＞k₃＞k₄としたが、k₃＞k₄＞k₁＞k₂でもよい。重み係数の大小関係を逆転させることで、マイクログリッドの電気料金を優先して評価することが出来るので、電気料金の観点から、マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化することが出来る。また、目的関数Ｆは、蓄電池１５の使用制限期間を評価する第１項と第２項だけでもいいし、マイクログリッドの電気料金を評価する第３項、第４項だけでもいい。また、目的関数Ｆは、マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化する関数であれば、それ以外の関数でもよい。

【0100】

（３）実施形態１では、受電電力目標値P_RCVreftの最適値を求める演算を、パワーコンディショナ２０の制御装置５０で行った。演算主体は、パワーコンディショナ２０に限らず、パワーコンディショナ２０とは別に設けられた演算装置でもよい。演算装置は、エネルギー管理装置の一例である。

【0101】

（４）実施形態１では、受電電力目標値P_RCVreftの最適値を、目的関数を利用して算出したが、例えば、ＡＩを利用して算出してもよい。マイクログリッドの受電電力の上下限と蓄電装置の出力電力の上下限を制約条件として、マイクログリッドのエネルギーの利用効率を最適化するマイクログリッドの受電電力の目標値を、マイクログリッドにおける電力の需給予測に基づいて算出するものであれば、どのような方法でもよい。また、実施形態１では、蓄電装置として蓄電池を例示したが、蓄電装置はキャパシタなどでもよい。

【符号の説明】

【0102】

１ 電力系統
２ 系統電源
３ 受電点
１０ 太陽光発電パネル（本発明の「分散型電源」の一例）
１５ 蓄電装置
２０ パワーコンディショナ
２１ 第１コンバータ回路
２３ 第２コンバータ回路
３１ インバータ回路
４０ 外部計測器
５０ 制御装置（本発明の「エネルギー管理装置」の一例）
Ｓ１、Ｓ２ マイクログリッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】