JP7750426B2 - 充放電要素の充放電制御方法、及び充放電要素の充放電制御装置 - Google Patents
充放電要素の充放電制御方法、及び充放電要素の充放電制御装置Info
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Description
本発明は、充放電要素の充放電制御方法、及び充放電要素の充放電制御装置に関する。
特許文献1には、グループ内の複数の電力消費要素による総消費電力を制御する電力制御システムが記載されている。この技術では、グループ内の総消費電力の制御周期毎に、同報送信要素がグループ内の各電力消費要素に指示値の情報を送信する。指示値は、グループ内の総消費電力の現在値と基準値との差分の関数である。各電力消費要素は、指示値を受信する毎に、受信した指示値に基づいて、自身の優先度に対応する消費電力の目標値を求める。目標値を求めた電力消費要素は、求めた目標値に自身の消費電力を制御する。
特許文献1の電力制御システムでは、各電力消費要素が、前回の制御周期に対して求めた目標値に基づいて、今回の制御周期に対する目標値を求める。新しい電力消費要素をグループに追加した場合、追加前からグループに存在する他の各電力消費要素は、新しい電力消費要素の追加直後に、追加前に求めた前回の目標値に基づいて今回の目標値を求め、求めた目標値だけ電力を消費する。グループに追加した新しい電力消費要素は、追加前に目標値を求めておらず、前回の目標値に基づいて今回の目標値を求められないので、グループへの追加直後に、他の電力消費要素による消費分を差し引いた残りの電力を消費する。
特許文献1の電力制御システムでは、新しい電力消費要素をグループに追加した直後に、追加前からグループに存在する他の電力消費要素による電力消費が優先される。総消費電力の基準値から他の電力消費要素による総消費電力を差し引いた残りの電力が少ない場合、新しい電力消費要素は、優先度が高くても、優先度に対応する電力を消費することができない。
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電力を消費する負荷と充放電要素を含むグループに追加した新しい充放電要素に、グループへの追加直後から優先度に応じた電力を充放電させることができるようにすることにある。
上述した課題を解決するために、本発明の一つの態様に係る充放電要素の充放電制御方法では、開始時刻から制御周期毎に行われる充放電要素の充放電制御方法を提供する。この充放電要素の充放電制御方法では、1又は2以上の充放電要素を含むグループ全体の消費電力を開始時刻から1又は2以上の制御周期が経過した制御時刻まで積算した消費電力量を計測する。グループ全体に対して予め定められた目標電力を開始時刻から制御時刻まで積算して目標電力量とし、目標電力量から消費電力量を減じた差分電力量を制御周期で除した平均電力量に基づいて指令値を決定する。決定した指令値は、1又は2以上の充放電要素に対して同報送信する。指令値を受信した1又は2以上の充放電要素の各々は、指令値に基づき、自己の充放電電力を自律的に制御する。
本発明によれば、電力を消費する負荷と充放電要素を含むグループに追加した新しい充放電要素に、グループへの追加直後から優先度に応じた電力を充放電させることができる。
(第1実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の実施形態及びその変形例を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態及びその変形例を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
(電力系統)
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る充放電制御方法が適用される電動車両を含む電力消費要素に電力を供給する電力システムの構成を説明する。図1に示す電力系統10は、電力の流れを供給側・需要側の両方から制御し、最適化できる電力システムである。電力系統10は、スマートグリッド、スマートコミュニティ、及び、事業所や工場などの限られた範囲でエネルギー供給源から末端消費部分を通信網で管理するマイクログリッド又はMEMS(Mansion Energy Management System)を含む概念である。
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る充放電制御方法が適用される電動車両を含む電力消費要素に電力を供給する電力システムの構成を説明する。図1に示す電力系統10は、電力の流れを供給側・需要側の両方から制御し、最適化できる電力システムである。電力系統10は、スマートグリッド、スマートコミュニティ、及び、事業所や工場などの限られた範囲でエネルギー供給源から末端消費部分を通信網で管理するマイクログリッド又はMEMS(Mansion Energy Management System)を含む概念である。
電力系統10は、電力網11、電線12、計測器15、指令装置110を有している。
電力網11には、火力、原子力、水力などの各種発電所、及び数十万ボルト(V)から数千Vへ電圧を変圧する変電所が含まれる。
電線12は、計測器15及び不図示の変圧器を介して電力網11に接続されている。不図示の変圧器は、例えば、高圧配電線路に印加されている電圧を、家庭又は事務所等で使用する電圧に変更する柱上変圧器(ポールトランス)である。電線12には、電力消費要素が接続される。
電力消費要素は、供給された電力の消費のみを行う1又は2以上の電力負荷と、充放電を行う1又は2以上の充放電要素とを含む。充放電要素は、電線12から電力を受電し、あるいは、電線12に電力を送電することができる。以下の説明では、1つの電力系統10の電線12に接続される全ての電力消費要素を、グループと総称することがある。電線12は、グループ内の各電力消費要素に、不図示の変圧器で変圧された電力を供給する。
図1では、電線12に2つずつの電力負荷EL1,EL2及び電動車両EV1,EV2を接続した場合を示している。電線12に接続する電力負荷及び電動車両の数は、1つでもよく3つ以上でもよい。電線12に接続する電力負荷及び電動車両の数は、同じでもよく異なってもよい。
実施形態において、「電動車両EV1,EV2」は、電線12を経由して電力を充放電する「充放電要素」の一例である。充放電要素は、受電した電力をバッテリ(二次電池、蓄電池、充電式電池を含む)に蓄える。「充放電要素」には、車両(電気自動車、ハイブリッド車、建設機械、農業機械を含む)、鉄道車両、遊具、工具、家庭製品、日用品など、バッテリを備える、あらゆる機器及び装置が含まれる。実施形態において、充放電要素の一例として、電気をエネルギー源とし、モータを動力源として走行する電動車両(EV)を挙げる。しかし、本発明における充放電要素を電動車両(EV)に限定することは意図していない。
「充放電要素」は、実施形態に係る充放電制御方法による充放電制御の単位構成を示す。即ち、充放電要素を単位として実施形態に係る充放電制御が行われる。例えば、複数の電動車両EV1,EV2の各々について、互いに独立して並列に充放電制御が行われる。
計測器15は、電線12に流れる電流を計測し、計測した電流及び電線12の電圧に基づいて、電線12に接続された電力負荷EL1,EL2及び電動車両EV1,EV2による積算消費電力量を演算により計測する。計測器15は、例えば、電力供給の各契約先に設置した通信機能付きのスマートメータから、スマートメータが測定した各契約先の積算消費電力量を収集し集計することで、積算消費電力量を算出することができる。
指令装置110は、後述する電動車両EV1,EV2の充放電制御装置120と共に、充放電電力制御システム100を構成する。充放電制御装置120は、電動車両EV1,EV2の各々に搭載される。
指令装置110及び充放電制御装置120は、不図示の汎用のマイクロコントローラをそれぞれ有している。マイクロコントローラは、不図示のCPU(Central Processing Unit)及びメモリを備える。メモリは、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を含む。
マイクロコントローラは、メモリに記憶させたプログラムをCPUが実行することで、複数の情報処理回路を仮想的に構築することができる。複数の情報処理回路は、後述する指令装置110の各部111~115、充放電制御装置120の各部121~125を構成するのに用いることができる。
本実施形態では、マイクロコントローラに構築される複数の情報処理回路をソフトウェアによって実現する例を示す。もちろん、以下に示す各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、情報処理回路を構成することも可能である。また、複数の情報処理回路を個別のハードウェアにより構成してもよい。専用のハードウェアは、各部111~115,121~125の後述する機能を実行するようにアレンジされた特定用途向け集積回路(ASIC;application specific integrated circuit)、従来型の回路部品のような装置を含む。
指令装置110のマイクロコントローラは、仮想的に構築する複数の情報処理回路により、計測データ取得部111、指令値演算部113及び指令値送信部115を構成することができる。
指令装置110は、電力負荷EL1,EL2及び電動車両EV1,EV2による実際の総消費電力量が、電力系統10における総消費電力量の目標値に収まるような制御を行う。
ここで、比較のために、本実施形態とは異なる別の充放電制御方法について説明する。ここでは、背景技術として説明した特許文献1の電力制御システムにおいて行う制御を、電力負荷のみが存在するグループに追加した電動車両の充放電制御に適用した場合の充放電制御方法を説明する。
特許文献1の電力制御システムでは、制御周期毎に到来する制御時刻において、同報送信要素がグループ内の各電力消費要素に指示値の情報を送信する。指示値は、グループ内の総消費電力の現在値と基準値との差分にシステム感度を乗じた値である。システム感度は、指示値に対する各電力消費要素の応答性を定義するパラメータである。
制御時刻tにおけるグループ内の総消費電力の現在値を基準値から減じた差分をΔP(t)、指示値に対する各電力消費要素のシステム感度をgainとした場合、指示値はΔP(t)×gainとなる。差分ΔP(t)は、制御時刻tにおける瞬時値であり、差分ΔP(t)の単位はワット(W)である。
各電力消費要素は、制御周期毎に、指示値を受信し、受信した指示値に基づいて、自身の優先度に対応する消費電力の目標値を求める。各電力消費要素は、制御周期毎に到来する制御時刻において、前回の制御周期の目標値に基づいて今回の制御周期の目標値を求める。
制御周期をts、制御時刻tにおける各電力消費要素の優先度をβ(t)とした場合、各電力消費要素は、式(1)によって制御時刻tの目標値P(t)を求める。
P(t)=P(t-ts)+β(t)×ΔP(t)×gain・・・式(1)
特許文献1の電力制御システムにおいて電力消費要素に対して行う制御を、電力負荷と電動車両とが混在するグループの電動車両に対する制御に適用した場合、そのグループには、例えば、図2のグラフに示すような総消費電力の推移が発生する。図2では、制御時刻t0には電力負荷のみが存在していたグループに、時間を前後して2台の電動車両が追加された場合の、グループ全体の総消費電力の推移を示している。
図2の例では、先にグループに追加された1台目の電動車両に対する充放電が制御時刻t1に開始されており、後からグループに追加された2台目の電動車両に対する充放電が制御時刻t4に開始されている。
制御時刻t1には、グループに追加した1台目の電動車両に対する充放電が開始される。1台目の電動車両は、制御時刻t1に受信する指示値に基づいて、式(1)により目標値P(t1)を求め、目標値P(t1)による充放電を制御時刻t1に開始する。
1台目の電動車両は、グループに追加される前の制御時刻t0に目標値P(t0)を求めていない。1台目の電動車両が式(1)により求める制御時刻t1の目標値P(t1)は、式(1)における、前回の目標値である制御時刻t0の目標値P(t0)を0とした、制御時刻t1に受信する指示値に対応した値となる。
1台目の電動車両が制御時刻t1に受信する指示値は、1台目の電動車両が充放電を開始する前の制御時刻t0における、グループ内の総消費電力の現在値を基準値Prefから減じた差分ΔP(t0)を含んでいる。
制御時刻t0の差分ΔP(t0)は、制御時刻t0においてグループに存在していた電力負荷による消費電力Eel0のみである。消費電力Eel0は、グループ内の総消費電力の基準値PrefよりもΔPだけ少ない。制御時刻t0の差分ΔP(t0)は、基準値Prefから消費電力Eel0を減じた0以上の値となる。
1台目の電動車両が、0以上の差分ΔP(t0)を含む制御時刻t1の指示値に基づいて求める制御時刻t1の目標値P(t1)は、制御時刻t0におけるグループ内の総消費電力の現在値である、制御時刻t0の電力負荷の消費電力Eel0よりも高い値となる。1台目の電動車両は、グループ内の総消費電力の現在値よりも高い目標値P(t1)により、制御時刻t1に充電を開始する。
1台目の電動車両は、制御時刻t2に新たな指示値を受信し、新たな指示値に基づいて、式(1)により目標値P(t2)を求める。式(1)の、前回の目標値である制御時刻t1の目標値P(t1)を除く部分は、1台目の電動車両が制御時刻t2に受信する指示値を含んでいる。制御時刻t2に受信する指示値は、前回の制御時刻t1における、グループ内の総消費電力の現在値を基準値Prefから減じた差分ΔP(t1)を含んでいる。
前回の制御時刻t1には、1台目の電動車両が充電を開始している。制御時刻t1の差分ΔP(t1)は、制御時刻t1においてグループに存在していた電力負荷の消費電力Eel0と1台目の電動車両の充電による消費電力Eev10とを合計した電力となる。以後の説明では、説明を容易にするために、電動車両による消費電力Eev10が、制御時刻t1以降も制御時刻t0の値のまま変わらないものとする。
制御時刻t1における消費電力Eel0と消費電力Eev10とを合計した電力は、1台目の電動車両が制御時刻t1に求めた目標値P(t1)で充電を行うことで、基準値Prefよりも少ない値となる。制御時刻t1の差分ΔP(t1)は、制御時刻t0の差分ΔP(t0)よりも消費電力Eev10だけ減少するが、依然として0以上の値となる。
1台目の電動車両が式(1)により求める制御時刻t2の目標値P(t2)は、制御時刻t1の目標値P(t1)に、0以上の差分ΔP(t1)を含む制御時刻t2の指示値に対応する値を加えた値となる。1台目の電動車両は、制御時刻t1の目標値P(t1)よりも高い目標値P(t2)により、制御時刻t2以降も充電を継続する。
1台目の電動車両は、制御時刻t3に新たな指示値を受信し、制御時刻t2と同様に、新たな指示値に基づいて、式(1)により目標値P(t3)を求める。式(1)に含まれる、1台目の電動車両が制御時刻t3に受信する指示値は、制御時刻t2の差分ΔP(t2)を含んでいる。
制御時刻t2の差分ΔP(t2)は、制御時刻t2においてグループに存在していた電力負荷の消費電力Eel0と1台目の電動車両による消費電力Eev10とを合計した電力となる。
制御時刻t2における消費電力Eel0と消費電力Eev10とを合計した電力は、1台目の電動車両が制御時刻t2に求めた目標値P(t2)で充電を行うことで、基準値Prefよりも少ない値となる。制御時刻t2の差分ΔP(t2)は、1台目の電動車両が制御時刻t2以降に継続した充電による消費電力Eev10の増加で、制御時刻t1の差分ΔP(t1)よりも減少するが、依然として0以上の値となる。
1台目の電動車両が式(1)により求める制御時刻t3の目標値P(t3)は、制御時刻t2の目標値P(t2)に、0以上の差分ΔP(t2)を含む制御時刻t3の指示値に対応する値を加えた値となる。1台目の電動車両は、制御時刻t2の目標値P(t2)よりも高い0以上の目標値P(t3)により、制御時刻t3以降も充電を継続する。
1台目の電動車両は、制御時刻t4に新たな指示値を受信し、制御時刻t3に目標値P(t3)を求める場合と同様に、新たな指示値に基づいて、式(1)により目標値P(t4)を求める。制御時刻t4の目標値P(t4)は、制御時刻t3の目標値P(t3)よりも高い値となる。1台目の電動車両は、制御時刻t3の目標値P(t3)よりも高い目標値P(t4)により、制御時刻t4以降も充電を継続する。
制御時刻t4には、グループに追加した2台目の電動車両に対する充放電が開始される。2台目の電動車両は、制御時刻t4に受信する指示値に基づいて、式(1)により目標値P(t4)を求め、目標値P(t4)による充放電を制御時刻t4に開始する。
2台目の電動車両は、グループに追加される前の制御時刻t3に目標値P(t3)を求めていない。2台目の電動車両が式(1)により求める制御時刻t4の目標値P(t4)は、式(1)における、前回の目標値である制御時刻t3の目標値P(t3)を0とした、制御時刻t4に受信する指示値に対応した値となる。
2台目の電動車両が制御時刻t4に受信する指示値は、0以上の差分ΔP(t3)を含んでいる。2台目の電動車両が、0以上の差分ΔP(t3)を含む制御時刻t4の指示値に基づいて求める制御時刻t4の目標値P(t4)は、制御時刻t3におけるグループ内の総消費電力の現在値よりも高い値となる。制御時刻t3におけるグループ内の総消費電力の現在値は、制御時刻t3の電力負荷の消費電力Eel0と1台目の電動車両の消費電力Eev10とを合計した電力である。この合計した電力よりも高い目標値P(t4)により、2台目の電動車両は、制御時刻t4に充電を開始する。
制御時刻t4の指示値に含まれる差分ΔP(t3)は、2台目の電動車両よりも先に開始された1台目の電動車両の充電による消費電力Eev10の増加で、制御時刻t2,t3の指示値に含まれる差分ΔP(t1),ΔP(t2)よりも減少する。
2台目の電動車両が制御時刻t4に開始する充電により消費しようとする電力に対して、制御時刻t4の指示値に含まれる差分ΔP(t3)が不足する場合、2台目の電動車両が求める制御時刻t4の目標値P(t4)は、基準値Pref以下の値に制限される。この場合、2台目の電動車両が求めた目標値P(t4)による充電では、2台目の電動車両が充電に必要とする電力量の確保が難しくなる。
1台目の電動車両よりも高い優先度が2台目の電動車両に設定されている場合は、先に開始した1台目の電動車両の充電により、グループ内の総消費電力が増加して基準値Prefに近づくほど、2台目の電動車両が必要とする電力量の確保が難しくなる。
また、電動車両が制御時刻tに目標値P(t)を求めると、その目標値P(t)による電動車両の充放電が次の制御時刻t+tsまで継続する。式(1)の通り、目標値P(t)は、前回の制御時刻t-tsにおける目標値P(t-ts)と、制御時刻tに受信した指示値とを含んでいる。これらはいずれも、ワットを単位とする瞬時値である。
目標値P(t)は基準値Pref以下の値に制限される。目標値P(t)が基準値Prefよりも低い場合、基準値Prefと目標値P(t)の差分の電力(単位=W(ワット))は、電動車両の充放電によって消費されない。目標値P(t)による電動車両の充放電が続く次の制御時刻t+tsまでの制御周期ts中は、基準値Prefと目標値P(t)の差分を制御周期tsで積算した電力量(単位=Wh(ワットアワー))が、有効に消費されずに残る。図2のグラフにおける、連続する2つの制御時刻間に存在する、基準値Prefよりも下側のハッチのない部分の面積が、有効に消費されずに残る電力量の大きさに比例している。
本実施形態では、所定の時間間隔毎に、所定の時間間隔の開始時刻から積算したグループ全体の消費電力量を目標電力量以下に収める制御を行う。目標電力量は、グループ全体に対して予め定められた目標電力を開始時刻から積算した値である。所定の時間間隔は、所定の時間間隔毎に行う上述の制御の制御周期tsよりも長い間隔とする。
図1の電力系統10を提供する電力会社が、電力需給契約における電力の使用料金を、単位時間当たりの電気容量に基づいて算出する場合は、この単位時間に基づいて、所定の時間間隔を決定してもよい。電力会社が、例えば、毎時0分及び毎時30分からの各30分間に使用する電気容量に基づいて、電力の使用料金を決定する場合は、電気容量の測定期間に合わせて、所定の時間間隔を、毎時0分及び毎時30分を開始時刻とする30分間隔とすることができる。
図1の指令装置110のマイクロコントローラは、所定の時間間隔中に到来する2以上の制御時刻tsにおいて、所定の時間間隔の開始時刻から積算したグループ全体の消費電力量を目標電力量以下に収める処理をそれぞれ実行する。制御周期tsは、例えば、10秒とすることができる。マイクロコントローラが各制御時刻に行う処理は、例えば、図3のフローチャートに示す内容とすることができる。
マイクロコントローラが、所定の時間間隔の開始時刻において処理を開始すると、ステップS101において、計測データ取得部111は、計測器15が算出した積算消費電力量を、現在の制御時刻における積算消費電力量として計測器15から取得する。現在の制御時刻が所定の時間間隔の開始時刻である場合、計測データ取得部111は、所定の時間間隔の開始時刻における積算消費電力量を取得する。計測データ取得部111は、消費電力量取得部を構成することができる。
ステップS103において、指令値演算部113は、所定の時間間隔の開始時刻から現在の制御時刻までの期間に積算したグループ全体の総消費電力量と、同じ期間に積算したグループ全体の、目標電力量としての総消費電力目標値との差分を演算する。指令値演算部113は、目標電力量取得部を構成することができる。
総消費電力目標値は、グループ全体に対して予め定められた目標電力(単位=W(ワット))を所定の時間間隔の開始時刻から現在の制御時刻まで積算した電力量(単位=Wh(ワットアワー))である。総消費電力目標値は、所定の時間間隔の1周期に対して予め定められた総電力消費量目標値を制御間隔tsで除して、制御間隔ts当たりの平均電力に変換した値としてもよい。
指令値演算部113は、計測データ取得部111が同じ制御時刻のステップS101で取得した現在の積算消費電力量と、所定の時間間隔の開始時刻のステップS101で取得した積算消費電力量との差分から、総消費電力目標値を演算することができる。
指令値演算部113は、制御時刻をt、所定の時間間隔の開始時刻をt0とした場合、開始時刻t0から現在の制御時刻tまでの期間に積算したグループ全体の総消費電力量から、同じ期間に積算した総消費電力目標値を減じた差分電力量を求める。指令値演算部113は、差分電力量としての差分ΔE(t)を、式(2)によって求める。
ΔE(t)=Ptarget×(t-t0)-(E(t)-E(t0))
・・・式(2)
・・・式(2)
但し、Ptargetは総消費電力目標値、E(t)は制御時刻tにおける積算消費電力量、E(t0)は所定の時間間隔の開始時刻t0における積算消費電力量で、単位はいずれもワットアワー(Wh)である。制御時刻tが所定の時間間隔の開始時刻t0である場合は、t=t0となるので、式(2)で求まる差分ΔE(t)は、ΔE(t)=0となる。
ステップS105において、指令値演算部113は、ステップS103で演算した差分ΔE(t)を制御周期tsで除した平均電力量に基づいて、図1の電動車両EV1,EV2の充放電制御装置120に充電又は放電を要求する指令値を演算により決定する。指令値演算部113は、制御時刻tにおける指令値Pev(t)を、式(3)によって求める。指令値演算部113は、指令値決定部を構成することができる。
Pev(t)=(ΔE(t)÷ts)×GAIN・・・式(3)
但し、GAINは、グループに電力を供給する電力系統10のシステム感度である。システム感度は、Pev(t)指示値に対する電動車両EV1,EV2の応答性を定義するパラメータである。システム感度は、例えば、グループ内に存在する電動車両EV1,EV2の台数Nの逆数(1/N)とすることができる。制御時刻tが所定の時間間隔の開始時刻t0である場合は、差分ΔE(t)=0となるので、式(3)で求まる指令値Pev(t)は、Pev(t)=0となる。
ステップS103で演算した差分ΔE(t)を制御周期tsで除した平均電力量は、制御周期中tsに、グループ内に存在する全ての電動車両EV1,EV2に割り当てる電力量である。これにシステム感度GAINを乗じることで、指令値Pev(t)を、グループ内に存在する各電動車両EV1,EV2にそれぞれ割り当てる電力量を表す値とすることができる。
式(3)において、ステップS103で演算した差分ΔE(t)を制御周期tsで除した平均電力量にシステム感度GAINを乗じたが、平均電力量に乗じる要素をシステム感度GAIN以外のものとしてもよい。
制御時刻tが所定の時間間隔の開始時刻t0である場合は、t=t0となるので、式(3)で求まる指令値Pev(t)は、Pev(t)=0となる。式(3)の差分ΔEが0以上である場合、式(3)で求まる指令値Pev(t)は0以上となる。0以上の指令値Pev(t)は、電動車両EV1,EV2に充電を要求する指令値となる。式(3)の差分ΔEが0未満である場合、式(3)で求まる指令値Pev(t)は0未満となる。0未満の指令値Pev(t)は、電動車両EV1,EV2に放電を要求する指令値となる。
所定の時間間隔の開始時刻t0から制御時刻tが制御周期tsずつ進む毎に指令値演算部113が求める差分ΔE(t)は、制御周期tsずつ制御時刻tが進む間に発生した差分ΔE(t)の積算分だけ変化する。
図4A~図4Cは、指令値演算部113が所定の時間間隔中の制御周期ts毎に求める差分ΔE(t)が、0以上の範囲で変化する場合を示すグラフである。図4D~図4Fは、指令値演算部113が所定の時間間隔中の制御周期ts毎に求める差分ΔE(t)が、0未満の範囲で変化する場合を示すグラフである。
図4Aは、所定の時間間隔Tの開始時刻t0に、1又は2つの電力負荷EL1,EL2だけがグループ内に存在していた場合に、指令値演算部113が制御時刻t1において求める、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間の差分ΔE(t1)を示す。
図4Aは、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間に積算したグループ全体の総消費電力量である、電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelが、同じ期間に積算したグループ全体の総消費電力目標値Ptargetよりも少ない場合を示している。この場合は、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間において、符号41の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、消費されずに残る。
指令値演算部113は、開始時刻t0から制御周期ts後の制御時刻t1において、領域41の残った電力を0以上の差分ΔE(t1)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t1の差分ΔE(t1)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に充電を要求する0以上の指令値Pev(t1)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t1)に基づいた充電を行うことで、制御時刻t1~t2の期間に、差分ΔE(t1)の電力量だけ電力を消費できる。
図4Bは、グループに追加した1又は2つの電動車両EV1,EV2が、指令値Pev(t1)に基づいて制御時刻t1に充電を開始した場合に、指令値演算部113が次の制御時刻t2において求める、制御時刻t1~t2の期間の差分ΔE(t2)を示す。
図4Bは、制御時刻t1~t2の期間に積算したグループ全体の総消費電力量である、電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelと電動車両EV1,EV2の消費電力Eevとの合計が、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetを超える場合を示している。この場合は、制御時刻t1~t2の期間において、総消費電力目標値Ptargetを超える符号42の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、過剰に消費される。領域42の電力量は領域41の電力量よりも少ない。
指令値演算部113は、制御時刻t2において、領域41の電力量から領域42の電力量を減じた電力を、0以上の差分ΔE(t2)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t2の差分ΔE(t2)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に充電を要求する0以上の指令値Pev(t2)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t2)に基づいた充電を行うことで、制御時刻t1~t2の期間に、差分ΔE(t2)の電力量だけ電力を消費できる。
図4Cは、グループ内の電動車両EV1,EV2が、指令値Pev(t2)に基づいて制御時刻t2から充電を行った場合に、指令値演算部113が次の制御時刻t3において求める、制御時刻t2~t3の期間の差分ΔE(t3)を示す。
図4Cは、制御時刻t2~t3の期間に積算した電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelと電動車両EV1,EV2の消費電力Eevとの合計が、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetよりも少ない場合を示している。この場合は、制御時刻t2~t3の期間において、符号43の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、消費されずに残る。
指令値演算部113は、制御時刻t3において、領域41の電力量から領域42の電力量を減じた電力に、領域43の残った電力を加えた電力を、0以上の差分ΔE(t3)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t3の差分ΔE(t3)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に充電を要求する0以上の指令値Pev(t3)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t3)に基づいた充電を行うことで、制御時刻t2~t3の期間に、差分ΔE(t3)の電力量だけ電力を消費できる。
図4Dは、所定の時間間隔Tの開始時刻t0に、1又は2つの電力負荷EL1,EL2だけがグループ内に存在していた場合に、指令値演算部113が制御時刻t1において求める、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間の差分ΔE(t1)を示す。
図4Dは、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間に積算したグループ全体の総消費電力量である、電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelが、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetを超える場合を示している。この場合は、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間において、総消費電力目標値Ptargetを超える符号51の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、過剰に消費される。
指令値演算部113は、開始時刻t0から制御周期ts後の制御時刻t1において、領域51の過剰に消費された電力を0未満の差分ΔE(t1)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t1の差分ΔE(t1)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に放電を要求する0未満の指令値Pev(t1)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t1)に基づいた放電を行うことで、制御時刻t1~t2の期間に、差分ΔE(t1)の電力量だけ電力を電力系統10に供給できる。
図4Eは、グループに追加した1又は2つの電動車両EV1,EV2が、指令値Pev(t1)に基づいて制御時刻t1に放電を開始した場合に、指令値演算部113が次の制御時刻t2において求める、制御時刻t1~t2の期間の差分ΔE(t2)を示す。
図4Eは、制御時刻t1~t2の期間に積算した電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelから電動車両EV1,EV2の放電電力Eevを減じた、グループ全体の総消費電力量が、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetよりも少ない場合を示している。この場合は、制御時刻t1~t2の期間において、符号52の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、消費されずに残る。領域52の電力量は領域51の電力量よりも少ない。
指令値演算部113は、制御時刻t2において、領域51の電力量から領域52の電力量を減じた電力を、0未満の差分ΔE(t2)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t2の差分ΔE(t2)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に放電を要求する0未満の指令値Pev(t2)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t2)に基づいた放電を行うことで、制御時刻t1~t2の期間に、差分ΔE(t2)の電力量だけ電力を電力系統10に供給できる。
図4Fは、グループ内の電動車両EV1,EV2が、指令値Pev(t2)に基づいて制御時刻t2から放電を行った場合に、指令値演算部113が次の制御時刻t3において求める、制御時刻t2~t3の期間の差分ΔE(t3)を示す。
図4Fは、制御時刻t2~t3の期間に積算した電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelから電動車両EV1,EV2の放電電力Eevを減じた、グループ全体の総消費電力量が、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetを超える場合を示している。この場合は、制御時刻t2~t3の期間において、総消費電力目標値Ptargetを超える符号53の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、過剰に消費される。
指令値演算部113は、制御時刻t3において、領域51の電力量から領域52の電力量を減じた電力に、電力領域53の電力を加えた電力を、0未満の差分ΔE(t3)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t3の差分ΔE(t3)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に放電を要求する0未満の指令値Pev(t3)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t3)に基づいた放電を行うことで、制御時刻t2~t3の期間に、差分ΔE(t3)の電力量だけ電力を電力系統10に供給できる。
図3のステップS107において、指令値送信部115は、指令値演算部113が演算により決定した指令値Pev(t)を、不図示の同報送信装置を介して、電動車両EV1,EV2の充放電制御装置120に対して同報送信(ブロードキャスト)する。同報送信の方法としては、例えば、Wi-Fi(ワイファイ:登録商標)のような無線LAN(Local Area Network)又はBluetooth(登録商標)を用いることができる。指令値送信部115は、同報送信部を構成することができる。
ステップS109において、指令装置110のマイクロコントローラは、所定の時間間隔が経過したか否かを確認する。所定の時間間隔が経過していない場合は(ステップS109でNO)、ステップS101にリターンし、所定の時間間隔が経過した場合は(ステップS109でYES)、一連の処理を終了する。
(電動車両)
図1を参照して、電線12に接続される電動車両EV1,EV2の各々に搭載された充放電制御装置120及びその周辺装置の構成を説明する。なお、以後、電動車両EV1,EV2のうち電動車両EV1を例にとり、説明するが、電動車両EV2も同様な構成を有し、同様に動作することができる。
図1を参照して、電線12に接続される電動車両EV1,EV2の各々に搭載された充放電制御装置120及びその周辺装置の構成を説明する。なお、以後、電動車両EV1,EV2のうち電動車両EV1を例にとり、説明するが、電動車両EV2も同様な構成を有し、同様に動作することができる。
電動車両EV1,EV2は、指令装置110が同報送信する指令値Pev(t)に基づき自己の充放電電力を自律的に制御する。
電動車両EV1には、充放電制御装置120の周辺装置として、充放電装置30、モータ31、及びバッテリ33が搭載されている。電動車両EV1には、電動車両EV1のユーザの要求を表す数値(電動車両EV1の状態)に基づいて、電動車両EV2の充放電よりも自己EV1の充放電が優先される度合いを示す電動車両EV1の優先度βが設定されている。
優先度βは、電動車両EV2にも設定されている。電動車両EV2の優先度βは、電動車両EV1の充放電よりも自己EV2の充放電が優先される度合いを示す数値となる。
優先度βは、例えば、最小値を0とし最大値を1とする、0以上1以下の値とすることができる。優先度βは、バッテリ33の充電状態(SOC:State Of Charge)が低い場合、たくさん充電したいので、1に近い値となる。その逆では、優先度βが0に近い値となる。
充放電装置30は、オンボードチャージャー(OBC)であって、充放電制御装置120による制御の下で、電線12を介してバッテリ33の充放電を実行する。充放電装置30は、受電した電力をバッテリ33に蓄える。或いは、充放電装置30は、受電した電力を、バッテリ33に蓄えず、駆動源としてのモータ31へ直接送電しても構わない。一方、充放電装置30は、バッテリ33に蓄えられている電力又はモータ31が発電した電力を、電線12を介して電力網11へ放電する。
バッテリ33は、充放電装置30が受電した電力を蓄える二次電池、蓄電池、充電式電池を含む。モータ31は、バッテリ33が蓄える電気エネルギーまたは電力に基づいて駆動する電動車両EV1,EV2の駆動源である。
充放電制御装置120のマイクロコントローラは、仮想的に構築する複数の情報処理回路により、指令値受信部121、充放電電力演算部123及び充放電電力制御部125を構成することができる。マイクロコントローラは、制御時刻が到来する制御周期毎に、自己の電動車両EV1に搭載されたバッテリ33の充放電電力を自律的に制御する処理を実行する。マイクロコントローラが各制御時刻に行う処理は、例えば、図5のフローチャートに示す内容とすることができる。
マイクロコントローラが制御を開始すると、ステップS201において、指令値受信部121は、指令装置110の指令値送信部115から同報送信された指令値Pev(t)を、不図示の受信装置を介して受信する。
ステップS203において、充放電電力演算部123は、指令値受信部121が受信した指令値Pev(t)に基づいて、自己の電動車両EV1に搭載されたバッテリ33の充放電電力値Pchg(t)を演算する。
充放電電力演算部123は、Pev(t)≧0のときに式(4)を用い、Pev(t)<0のときに式(5)を用いて、制御時刻tにおけるi台目の電動車両EViの充放電電力値Pchg_i(t)を演算する。充放電電力値Pchg_i(t)は、0以上の値である場合は充電電力値となり、0未満の値である場合は放電電力値となる。
Pchg_i(t)=βi(t)×Pev(t) ・・・式(4)
Pchg_i(t)=(2-βi(t))×Pev(t) ・・・式(5)
Pchg_i(t)=(2-βi(t))×Pev(t) ・・・式(5)
但し、β(i)は制御時刻tにおけるi台目の電動車両EViの優先度(0≦βi(t)≦1)である。
式(5)において、指令値Pev(t)に乗じる値の絶対値を、(2-βi(t))とする理由は、次の通りである。
指令値Pev(t)が、0未満の放電を指示するものであるときは、例えSOCが低い電動車両EV1,EV2であっても、電力系統10の総消費電力量が高すぎるので、放電させなければならない。指令値Pev(t)により各電動車両EV1,EV2にそれぞれ放電させる際に、優先度が1に近い電動車両EV1,EV2でも、(2-βi(t)>0)の優先度とすることで、グループ内の全ての電動車両EV1,EV2に放電させることができる。
ステップS205において、充放電電力制御部125は、バッテリ33が充放電電力値Pchg_i(t)の充放電を行うように、電動車両EV1,EV2の充放電装置30によるバッテリ33の充放電動作を制御する。
(電力システムの動作)
指令値演算部113が制御周期ts毎に求める指令値Pev(t)に基づいた充放電を、グループ内の電動車両EV1,EV2が行うと、そのグループには、例えば、図6のグラフに示すような総消費電力の推移が発生する。図6では、制御時刻t0には電力負荷EL1,EL2のみが存在していたグループに、時間を前後して2台の電動車両EV1,EV2が追加された場合の、グループ全体の総消費電力の推移を示している。なお、2台の電動車両EV1,EV2の優先度β1,β2は、同じ値であるものとする。
指令値演算部113が制御周期ts毎に求める指令値Pev(t)に基づいた充放電を、グループ内の電動車両EV1,EV2が行うと、そのグループには、例えば、図6のグラフに示すような総消費電力の推移が発生する。図6では、制御時刻t0には電力負荷EL1,EL2のみが存在していたグループに、時間を前後して2台の電動車両EV1,EV2が追加された場合の、グループ全体の総消費電力の推移を示している。なお、2台の電動車両EV1,EV2の優先度β1,β2は、同じ値であるものとする。
図6の例では、先にグループに追加された1台目の電動車両に対する充放電が制御時刻t1に開始されており、後からグループに追加された2台目の電動車両に対する充放電が制御時刻t4に開始されている。
所定の時間間隔Tの開始時刻t0には、グループ内の1又は2つの電力負荷EL1,EL2が、総消費電力目標値Ptargetよりも少ない電力を消費している。グループに追加された1台目の電動車両の充放電が開始される制御時刻t1までの間は、総消費電力目標値Ptargetよりも少ない消費電力Eelがグループ内の電力負荷EL1,EL2によって消費される。
制御時刻t1には、グループに追加した1台目の電動車両EV1に対する充放電が開始される。指令値演算部113は、制御時刻t1において、開始時刻t0から制御時刻t1までの間に消費されずに残った領域61の電力量を差分ΔE(t1)として、充電を要求する0以上の指令値Pev(t1)を求める。1台目の電動車両EV1は、制御時刻t1~t2の間、指令値Pev(t1)の範囲内で充電を行う。
指令値演算部113は、制御時刻t2において、開始時刻t0から制御時刻t2までの間に残った領域61,62の合計の電力量を差分ΔE(t2)として、充電を要求する0以上の指令値Pev(t2)を求める。1台目の電動車両EV1は、制御時刻t2~t3の間、指令値Pev(t2)の範囲内で充電を行う。
指令値演算部113は、制御時刻t3において、開始時刻t0から制御時刻t3までの間に残った領域61~63の合計の電力量を差分ΔE(t3)として、充電を要求する0以上の指令値Pev(t3)を求める。1台目の電動車両EV1は、制御時刻t3~t4の間、指令値Pev(t3)の範囲内で充電を行う。
制御時刻t4には、グループに追加した2台目の電動車両EV1に対する充放電が開始される。指令値演算部113は、制御時刻t4において、開始時刻t0から制御時刻t4までの間に残った領域61~64の合計の電力量を差分ΔE(t4)として、充電を要求する0以上の指令値Pev(t4)を求める。2台の電動車両EV1,EV2は、制御時刻t4~t5の間、指令値Pev(t4)の範囲内で充電を行う。
制御時刻t4~t5の間では、グループ内の1又は2つの電力負荷EL1,EL2の消費電力Eel0と1台目の電動車両の消費電力Eev1とを合計した電力が、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetに達している。2台目の電動車両EV2は、開始時刻t0から制御時刻t4までの間に残った領域61~64を合計した、差分ΔE(t4)の電力を消費して、制御時刻t4~t5の間に充電を行うことができる。
制御時刻t5においては、開始時刻t0から制御時刻t4までの間に残った領域61~64の合計の電力量から、制御時刻t4~t5の間に2台目の電動車両EV2が消費した領域65の電力量を減じた電力量が、差分ΔE(t5)となる。指令値演算部113は、差分ΔE(t5)を用いて、充電を要求する0以上の指令値Pev(t5)を求める。2台の電動車両EV1,EV2は、制御時刻t5~t6の間、指令値Pev(t5)の範囲内で充電を行う。
図6では、制御時刻t5~t6の間の、グループ内の電力負荷EL1,EL2の消費電力Eel0と電動車両EV1,EV2の消費電力Eev1,Eev2とを合計した電力が、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetと等しくなった状態を示している。
なお、制御時刻t6以降も、所定の時間間隔Tが経過するまでの間、制御時刻t5までと同様の動作が行われる。
本実施形態では、所定の時間間隔Tの開始時刻t0から制御時刻tまでに積算した総消費電力量と総消費電力目標値との差分ΔE(t)を、以後の制御時刻tにおける指令値Pev(t)に反映させた。このため、グループ内の電力負荷EL1,EL2の消費電力Eel0と電動車両EV1の消費電力Eev1とが総消費電力目標値Ptargetに達していても、2台目の電動車両EV2は、優先度β2に応じた電力をグループへの追加直後に充電することができる。
(第1実施形態の変形例)
第1実施形態では、指令値Pev(t)に基づいて電動車両EV1,EV2が計算する充放電電力値Pchg_i(t)を、優先度βを傾きとする値とした。この充放電電力値Pchg_i(t)は、優先度βが大きくなるほど、大きい充電量となり、かつ、小さい放電量となる。
第1実施形態では、指令値Pev(t)に基づいて電動車両EV1,EV2が計算する充放電電力値Pchg_i(t)を、優先度βを傾きとする値とした。この充放電電力値Pchg_i(t)は、優先度βが大きくなるほど、大きい充電量となり、かつ、小さい放電量となる。
指令値Pev(t)に基づいて電動車両EV1,EV2が計算する充放電電力値Pchg_i(t)は、優先度βを傾きとし、電動車両EV1,EV2の充放電特性のオフセット感度αを切片とする値としてもよい。
この場合、充放電電力演算部123は、Pev(t)≧0のときに式(6)を用い、Pev(t)<0のときに式(7)を用いて、制御時刻tにおけるi台目の電動車両EViの充放電電力値Pchg_i(t)を演算する。式(6)では、優先度βを1から減じた値にオフセット感度αを乗じた値を、切片の絶対値としている。
Pchg_i(t)=
max{0,Pev(t)-αi(t)×(1-βi(t))}
・・・式(6)
Pchg_i(t)=
Pev(t)-αi(t)×(1-βi(t)) ・・・式(7)
max{0,Pev(t)-αi(t)×(1-βi(t))}
・・・式(6)
Pchg_i(t)=
Pev(t)-αi(t)×(1-βi(t)) ・・・式(7)
但し、max{x,y}は、xとyとのうち大きい方を選択する式であり、α(i)は制御時刻tにおけるi台目の電動車両EViのオフセット感度である。オフセット感度αi(t)は、例えば、αi(t)=1とすることができる。オフセット感度αi(t)は、値が大きくなるほど、同じ指令値Pev(t)から算出される充電量が小さくなり、かつ、同じ指令値Pev(t)から算出される放電量が大きくなる。式(6)のPev(t)-αi(t)×(1-βi(t))は、自己の優先度βi(t)の値を1から減じた値に自己の充放電特性のオフセット感度αi(t)を乗じた値を指令値Pev(t)から減じた計算値に当たる。
(第2実施形態)
第1実施形態及びその変形例では、制御時刻tが所定の時間間隔の開始時刻t0である場合、式(2)で求まる差分ΔE(t)が、ΔE(t)=0となり、式(3)で求まる指令値Pev(t)が、Pev(t)=0となる。このため、所定の時間間隔Tの開始時刻t0から制御時刻t1までの期間において、グループ全体の総消費電力量が総消費電力目標値Ptargetよりも少ない場合、例えば、図7に示す符号60の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、消費されずに残る。
第1実施形態及びその変形例では、制御時刻tが所定の時間間隔の開始時刻t0である場合、式(2)で求まる差分ΔE(t)が、ΔE(t)=0となり、式(3)で求まる指令値Pev(t)が、Pev(t)=0となる。このため、所定の時間間隔Tの開始時刻t0から制御時刻t1までの期間において、グループ全体の総消費電力量が総消費電力目標値Ptargetよりも少ない場合、例えば、図7に示す符号60の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、消費されずに残る。
以下に説明する第2実施形態の充放電制御方法では、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間において、領域60の電力の発生量を減らし、充放電機会の有効活用を図る。
第2実施形態の充放電制御方法では、図1の指令装置110のマイクロコントローラが、各制御時刻tにおいて、例えば、図8のフローチャートに示す内容の処理を実行する。図8のフローチャートに示す処理は、図3のフローチャートに示すステップS101とステップS103との間に、ステップS102の処理を追加したものである。ステップS102の追加により、ステップS105の処理の内容が、第1実施形態及びその変形例における内容から少し変わる。
図1の充放電制御装置120のマイクロコントローラが各制御時刻に行う処理は、例えば、図5のフローチャートに示す内容のままとすることができる。
図8のステップS102において、指令値演算部113は、所定の時間間隔Tの開始時刻t0から制御時刻tまでの、グループ内の電動負荷EL1,EL2による総消費電力の最大値Pother_max(t)を、推定最大値として、式(8)を用いて推定する。
Pother_max(t)=
max{Pother_max(t-ts),
(E(t)-E(t-ts))÷ts-Pev(t-ts)÷GAIN}
・・・式(8)
max{Pother_max(t-ts),
(E(t)-E(t-ts))÷ts-Pev(t-ts)÷GAIN}
・・・式(8)
但し、max{x,y}は、xとyとのうち大きい方を選択する式である。制御時刻tが所定の時間間隔Tの開始時刻t0である場合、式(8)で求まるグループ内の電動負荷EL1,EL2による総消費電力の最大値Pother_max(t)は、Pother_max(t)=0となる。式(8)のE(t)-E(t-ts))÷tsは、今回の制御周期tsに取得した消費電力量と前回の制御周期tsに取得した消費電力量との差分を制御周期tsで除した平均消費電力量に当たる。
式(8)は、max{x,y}によって、第1の値xと第2の値yとのうち、大きい方の値を、グループ内の電動負荷EL1,EL2による総消費電力の最大値Pother_max(t)とする式である。ここで、第1の値xであるPother_max(t-ts)は、所定の時間間隔Tの開始時刻t0から前回の制御時刻t-tsまでの各制御時刻tにおいて推定した、各制御周期tsにおける電動負荷EL1,EL2による総消費電力の最大値である。第2の値yである(E(t)-E(t-ts))÷ts-Pev(t-ts)÷GAINは、前回の制御時刻t-tsから今回の制御周期tまでの期間における電動負荷EL1,EL2による総消費電力である。
図8のステップS103において、指令値演算部113は、式(2)で求める差分ΔE(t)の代わりに、総消費電力目標値Ptargetと最大値Pother_max(t)との差分を、差分ΔE(t)として求める。
ステップS105において、指令値演算部113は、ステップS102で推定した最大値Pother_max(t)と、ステップS103で演算した差分ΔE(t)とに基づいて、指令値Pev(t)を演算により決定する。指令値演算部113は、制御時刻tにおける指令値Pev(t)を、式(9)によって求める。
Pev(t)=
(ΔE(t)÷ts-(Pother_max(t)-Ptarget))×
GAIN
・・・式(9)
(ΔE(t)÷ts-(Pother_max(t)-Ptarget))×
GAIN
・・・式(9)
但し、制御時刻tが所定の時間間隔の開始時刻t0である場合は、差分ΔE(t)=0となるので、式(9)で求まる指令値Pev(t)は、Pev(t)=(Pother_max(t)-Ptarget))×GAINとなる。結果的に、図8のステップS105で行う処理の内容は、図3のステップS105で行う処理の内容と同じになる。式(9)のPother_max(t)は、目標電力量を制御周期tsで除した平均目標電力量と1又は2つの電力負荷EL1,EL2による総消費電力の推定最大値との差分に当たる。
図9A~図9Cは、第2実施形態の充放電制御方法において、指令値演算部113が所定の時間間隔T中の制御周期ts毎に求める差分ΔE(t)が、0以上の範囲で変化する場合を示すグラフである。図9D~図9Fは、指令値演算部113が制御周期ts毎に求める差分ΔE(t)が、0未満の範囲で変化する場合を示すグラフである。
図9A~図9Cは、指令値演算部113が求める、グループ内の電動負荷EL1,EL2による総消費電力の最大値Pother_max(t)が、グループ全体の総消費電力目標値Ptargetよりも少ない場合を示している。最大値Pother_max(t)は、開始時刻t0に終了する直前の時間間隔Tにおける、グループ内の電動負荷EL1,EL2による各制御周期tsの総消費電力のうちの最大値を推定した値である。
図9Aは、所定の時間間隔Tの開始時刻t0に指令値演算部113が推定する、グループ内の電動負荷EL1,EL2による総消費電力の最大値Pother_max(t)を示す。最大値Pother_max(t)は総消費電力目標値Ptargetよりも少ない。このため、両者の差分の電力量(Wh)を、グループ内の電動車両EV1,EV2が消費する電力として割り当てることができる。図9Aの符号71で示す領域は、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間にグループ内の電動車両EV1,EV2に割り当てることができる電力量を表している。
指令値演算部113は、開始時刻t0において、総消費電力目標値Ptargetと最大値Pother_max(t)との差分を用い、式(9)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に充電を要求する0以上の指令値Pev(t0)を求める。
グループ内の電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t0)に基づいた充電を行うことで、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間に、総消費電力目標値Ptargetと最大値Pother_max(t)との差分の電力量だけ電力を消費できる。
図9Bは、グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2が、指令値Pev(t0)に基づき開始時刻t0に充電を開始した場合、指令値演算部113が次の制御時刻t1において求める、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間の差分ΔE(t1)を示す。
図9Bは、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間のグループ全体の総消費電力量である、電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelと電動車両EV1,EV2の消費電力Eevとの合計が、総消費電力目標値Ptarget未満である場合を示している。この場合は、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間において、符号72の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、消費されずに残る。
指令値演算部113は、制御時刻t1において、領域71の電力量と領域72の電力量とを合計した電力を、0以上の差分ΔE(t1)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t1の差分ΔE(t1)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に充電を要求する0以上の指令値Pev(t1)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t1)に基づいた充電を行うことで、制御時刻t1~t2の期間に、差分ΔE(t1)の電力量だけ電力を消費できる。
図9Cは、グループ内の電動車両EV1,EV2が、指令値Pev(t1)に基づいて制御時刻t1から充電を行った場合に、指令値演算部113が次の制御時刻t2において求める、制御時刻t1~t2の期間の差分ΔE(t2)を示す。
図9Cは、制御時刻t1~t2の期間に積算した電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelと電動車両EV1,EV2の消費電力Eevとの合計が、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetを超える場合を示している。この場合は、制御時刻t1~t2の期間において、総消費電力目標値Ptargetを超える符号73の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、過剰に消費される。領域73の電力量は領域71及び領域72の合計の電力量よりも少ない。
指令値演算部113は、制御時刻t2において、領域71及び領域72の合計の電力量から領域73の電力量を減じた電力を、0以上の差分ΔE(t2)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t2の差分ΔE(t2)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に充電を要求する0以上の指令値Pev(t2)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t2)に基づいた充電を行うことで、制御時刻t2~t3の期間に、差分ΔE(t3)の電力量だけ電力を消費できる。
図9Dは、所定の時間間隔Tの開始時刻t0に指令値演算部113が推定する最大値Pother_max(t)を示す。最大値Pother_max(t)は総消費電力目標値Ptargetを超えている。このため、グループ内の電力負荷EL1,EL2によって、最大で、両者の差分に当たる、符号81の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、過剰に消費されると考えることができる。
指令値演算部113は、開始時刻t0において、領域81の過剰に消費されると考えられる電力を0未満の差分ΔE(t0)として求める。指令値演算部113は、開始時刻t0の差分ΔE(t0)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に放電を要求する0未満の指令値Pev(t1)を求める。
グループ内の電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t0)に基づいた放電を行うことで、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間に、差分ΔE(t0)の電力量だけ電力を電力系統10に供給できる。
図9Eは、グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2が、指令値Pev(t0)に基づき開始時刻t0に放電を開始した場合、指令値演算部113が次の制御時刻t1において求める、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間の差分ΔE(t1)を示す。
図9Eは、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間に積算した電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelから電動車両EV1,EV2の放電電力Eevを減じた、グループ全体の総消費電力量が、総消費電力目標値Ptarget未満である場合を示している。この場合は、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間において、符号82の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、消費されずに残る。領域82の電力量は領域81の電力量よりも少ない。
指令値演算部113は、制御時刻t1において、領域71の電力量から領域72の電力量を減じた電力を、0未満の差分ΔE(t1)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t1の差分ΔE(t1)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に放電を要求する0未満の指令値Pev(t1)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t1)に基づいた放電を行うことで、制御時刻t1~t2の期間に、差分ΔE(t1)の電力量だけ電力を電力系統10に供給できる。
図9Fは、グループ内の電動車両EV1,EV2が、指令値Pev(t1)に基づいて制御時刻t1から放電を行った場合に、指令値演算部113が次の制御時刻t2において求める、制御時刻t1~t2の期間の差分ΔE(t2)を示す。
図9Fは、制御時刻t1~t2の期間に積算した電力負荷EL1,EL2の消費電力量Eelから電動車両EV1,EV2の放電電力Eevを減じた、グループ全体の総消費電力量が、同じ期間の総消費電力目標値Ptargetよりも少ない場合を示している。この場合は、制御時刻t1~t2の期間において、符号83の領域に相当する電力量(Wh)の電力が、消費されずに残る。領域83の電力量は、領域81の電力量と領域72の電力量との差分よりも少ない。
指令値演算部113は、制御時刻t2において、領域81の電力量から領域82及び領域83の合計の電力量を減じた電力を、0未満の差分ΔE(t2)として求める。指令値演算部113は、制御時刻t2の差分ΔE(t2)を用い、式(3)によって、グループ内の電動車両EV1,EV2に放電を要求する0未満の指令値Pev(t2)を求める。
グループ内の1又は2つの電動車両EV1,EV2は、指令値Pev(t2)に基づいた充電を行うことで、制御時刻t2~t3の期間に、差分ΔE(t3)の電力量だけ電力を電力系統10に供給できる。
第2実施形態では、所定の時間間隔Tの開始時刻t0から制御時刻t1までの期間において、グループ内の電動負荷EL1,EL2による総消費電力の最大値Pother_max(t)を推定する。推定した最大値Pother_max(t)が総消費電力目標値Ptargetよりも少ない場合は、その差分を、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間に電動車両EV1,EV2が消費できる電力として割り当てる。このため、開始時刻t0から制御時刻t1までの期間を、電動負荷EL1,EL2に対する充放電機会として有効活用することができる。
上述した実施形態及び変形例において、式(4)の優先度βi(t)又は式(5)の優先度βi(t)を2から減じた値を、指令値Pev(t)に乗じる演算は、省略してもよい。これらの演算を省略する場合、式(4),(5)は、Pchg_i(t)=Pev(t)となる。
上述した実施形態及び変形例において、式(6),(7)の、1から優先度βi(t)を減じた値にオフセット感度αiを乗じた値を、指令値Pev(t)から減じる演算は、省略してもよい。省略する場合、式(6)は、Pchg_i(t)=max{0,Pev(t)}となり、式(7)はPchg_i(t)=Pev(t)となる。
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
10 電力系統
12 電線
100 充放電電力制御システム
110 指令装置
111 計測データ取得部
113 指令値演算部
115 指令値送信部
120 充放電制御部
EL1,EL2 電力負荷
EV1,EV2 電動車両
T 所定の時間間隔
t0 開始時刻
t1~t6 制御時刻
ts 制御間隔
12 電線
100 充放電電力制御システム
110 指令装置
111 計測データ取得部
113 指令値演算部
115 指令値送信部
120 充放電制御部
EL1,EL2 電力負荷
EV1,EV2 電動車両
T 所定の時間間隔
t0 開始時刻
t1~t6 制御時刻
ts 制御間隔
Claims (12)
- 開始時刻から制御周期毎に行われる充放電要素の充放電制御方法であって、
1又は2以上の前記充放電要素を含むグループ全体の消費電力を前記開始時刻から1又は2以上の前記制御周期が経過した制御時刻まで積算した消費電力量を計測し、
前記グループ全体に対して予め定められた目標電力を前記開始時刻から前記制御時刻まで積算して目標電力量とし、
前記目標電力量から前記消費電力量を減じた差分電力量を前記制御周期で除した平均電力量に基づいて指令値を決定し、
前記指令値を前記1又は2以上の充放電要素に対して同報送信し、
前記指令値を受信した前記1又は2以上の充放電要素の各々は、前記指令値に基づき、自己の充放電電力を自律的に制御する
充放電要素の充放電制御方法。 - 前記開始時刻を毎時0分及び毎時30分とする請求項1に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記グループに電力を供給する電力システムのシステム感度を前記平均電力量に乗じた値に基づいて、前記指令値を決定する請求項1に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記システム感度は、前記グループ内に存在する前記充放電要素の数で1を除した値である請求項3に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記1又は2以上の充放電要素の各々は、他の充放電要素の充電又は放電よりも自己の充電又は放電が優先される度合いを示す優先度及び前記指令値に基づいて決定した充放電電力値で充放電を行うように、自己の充放電電力を自律的に制御する請求項1に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記優先度は、最小値を0とし最大値を1とする0以上1以下の値であり、前記指令値が0以上の値である場合は、前記1又は2以上の充放電要素の各々は、自己の前記優先度の値を前記指令値に乗じた値を自己の充電電力値とし、前記指令値が0未満の値である場合は、自己の前記優先度の値を2から減じた値を前記指令値に乗じた値の絶対値を自己の放電電力値とする請求項5に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記優先度は、最小値を0とし最大値を1とする0以上1以下の値であり、前記指令値が0以上の値である場合は、前記1又は2以上の充放電要素の各々は、自己の前記優先度の値を1から減じた値に自己の充放電特性のオフセット感度を乗じた値を前記指令値から減じた計算値と、0とを比較して、前記計算値と0とのうち大きい方の値を、自己の充電電力値とし、前記指令値が0未満の値である場合は、前記1又は2以上の充放電要素の各々は、自己の前記優先度の値を1から減じた値に前記オフセット感度を乗じた値を前記指令値から減じた値の絶対値を、自己の放電電力値とする請求項5に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記グループは、電力を消費する1又は2以上の電力負荷をさらに含んでおり、前記開始時刻から前記制御時刻までの前記1又は2以上の電力負荷による総消費電力の最大値を推定し、前記目標電力量を前記制御周期で除した平均目標電力量と前記1又は2以上の電力負荷による総消費電力の推定最大値との差分を、前記平均電力量から減じた値に、前記グループに電力を供給する電力システムのシステム感度を乗じた値を、前記指令値として決定する請求項1に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記1又は2以上の電力負荷による総消費電力の推定最大値を、今回の制御周期に取得した前記消費電力量と前回の制御周期に取得した前記消費電力量との差分を前記制御周期で除した平均消費電力量から、前記前回の制御周期に決定した前記指令値を前記システム感度で除した値を減じた値とする請求項8に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記1又は2以上の電力負荷による総消費電力の推定最大値を、今回の制御周期に取得した前記消費電力量と前回の制御周期に取得した前記消費電力量との差分を前記制御周期で除した平均消費電力量から、前記前回の制御周期に決定した前記指令値を前記システム感度で除した値を減じた第1の値と、前記前回の制御周期に推定した前記1又は2以上の電力負荷による総消費電力の推定最大値である第2の値とのうち、大きい方の値とする請求項8に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 前記開始時刻において、前記開始時刻から前記制御時刻までの前記1又は2以上の電力負荷による総消費電力の最大値として、前記開始時刻に終了した直前の所定の期間における前記1又は2以上の電力負荷による総消費電力の最大値を推定する請求項8~10のいずれか1項に記載の充放電要素の充放電制御方法。
- 開始時刻から制御周期毎に行われる充放電要素の充放電制御装置であって、
1又は2以上の前記充放電要素を含むグループ全体の消費電力を前記開始時刻から1又は2以上の前記制御周期が経過した制御時刻まで積算した消費電力量を取得する消費電力量取得部と、
前記グループ全体に対して予め定められた目標電力を前記開始時刻から前記制御時刻まで積算した目標電力量を取得する目標電力量取得部と、
前記目標電力量から前記消費電力量を減じた差分電力量を前記制御周期で除した平均電力量に基づいて指令値を決定する指令値決定部と、
前記指令値を、前記指令値に基づき自己の充放電電力を自律的に制御する前記1又は2以上の充放電要素に対して同報送信する同報送信部と、
を備える充放電要素の充放電制御装置。
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