Cooperative Operation of In-Vehicle Battery and HPWH in Model Predictive HEMS

Abstract

Surplus power generated by large number of photovoltaics (PV) systems which are penetrating to general households is concerned as great impact to grid systems. This paper proposes a home energy management system (HEMS) which simultaneously controls charge/discharge of an in-vehicle battery of electric vehicle (EV) and operates heat pump water heating (HPWH). The proposed control is model predictive control manner in which the profiles of in-vehicle battery charge/discharge and HPWH operation are calculated iteratively in each step, minimizing the electricity bill with considering both the reverse surplus power as penalty and the vehicle usage as constraint. Especially, a piece-wise linear model of HPWH is introduced into the optimization problem in order to realize realistic computational time. As the result, both suppressing the surplus power reversing to the grid and decreasing electricity bill of the residents are realized. The effectivity of proposed system is verified by a simulation utilizing real data of a household. 1. はじめに 東日本大震災以降，日本では原子力発電による発電 電力が大きく低下しており，政府により「原発依存度に ついては，省エネルギー・再生可能エネルギーの導入や 火力発電所の効率化などにより，可能な限り低減させ る」という指針 [1] も発表されていることから，再生可 能エネルギーのますますの導入が予測される．再生可能 エネルギーの中でもとりわけ太陽光発電 (PV) は，日本 の再生可能エネルギーの中でも大きな割合を占める発 電システムであり，住宅用太陽光発電導入量も増加傾向 にあることから今後さらに導入が進んでいくと考えら れる [2]．しかし PV が大量に導入されると，急激な出 力変動による周波数調整力の不足や，ベース供給力と 再生可能エネルギーの合計発電量が需要を上回ること による余剰電力の発生，逆潮流による系統電圧の上昇 * 原稿受付 2016 年 7 月 25 日 第 60 回システム制御情報学会研究発表講演会にて発表 (2016 年 5 月) †