JP2010119269A

JP2010119269A - 電力予備力供給装置

Info

Publication number: JP2010119269A
Application number: JP2008292438A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Koshio; 正展古塩; Yoshihisa Okazaki; 佳尚岡崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-11-14
Also published as: JP5219754B2

Abstract

【課題】電力供給者から電力を一括購入して複数の個別需要家へ供給する集約需要家に電力消費量を軽減するための機器利用権を売買するインセンティブが働き易い電力予備力供給システムを提供する。
【解決手段】電力予備力供給システムは、消費された負荷実績値から負荷予測値を算出し、運転実績値から運転予測値を算出し、機器利用権に基づいて制御可能量及び機器利用権を購入するための費用を算出し、予備力購入の入札に関する情報を受信し、購入を希望する時間帯に機器利用権を購入することにより発生する予備力および入札額を算出し、予備力および入札額を電力供給者に入札し、電力供給者が予備力を購入する場合に、機器利用権を購入したことを連絡し、すべての個別需要家の電力使用量を合計し、所定時間単位の消費電力量が、目標電力量以下になるように機器利用権を購入した機器を制御する。
【選択図】図２

Description

この発明は、個別需要家側機器の機器利用権の購入および制御を実施することにより予備力を電力供給者に供給する電力予備力供給装置に関するものである。

従来は電力供給量と電力消費量の間の電力需給バランスを保ち、当日の電力需給インバランスに対する支払額を減らしている（例えば、特許文献１参照）。本システムでは、電力供給量と電力消費量の少なくとも一方の電力量を調整して、電力需給インバランスを抑制し、電力供給者への支払額を減らしている。

また、電力需要家が電力供給者と電力購入契約を行うに当たり、翌月分の電力購入計画、翌日分の電力購入計画、最短で当日の数時間後の電力購入計画の変更により対応することができる（例えば、特許文献２参照）。本システムでは、最終変更以降は条件の変更は許されず、この時間帯の縛りにより、需要家と電力供給者の一対一の取引を明確化している。

特開２００２−７８１９８号公報特開２００４−８８８４７号公報

上述したような従来のシステムでは、電力供給量と電力消費量の電力需給バランスを保つことが目的であり、同時同量を確保するための予備力は全て電力供給者側で確保する必要があった。このため、発電機を非効率な出力で運転したり、設備投資額が増大したりするという問題があった。

また、従来の電力需要家のメリットは実際に電力消費量を削減したときのみに発生するため、電力供給者から電力を一括購入して複数の個別需要家へ供給する集約需要家の立場では、電力消費量を軽減するための機器利用権を売買するインセンティブが働き難い状況になっていた。

この発明の目的は、電力供給者から電力を一括購入して複数の個別需要家へ供給する集約需要家に電力消費量を軽減するための機器利用権を売買するインセンティブが働き易い電力予備力供給装置を提供することである。

この発明に係る電力予備力供給装置は、電力供給者から一括購入した電力を複数の個別需要家に販売する集約需要家が上記電力供給者に予備力を供給するとともに、上記集約需要家が上記個別需要家に対価を支払うことにより上記個別需要家が有する機器を上記集約需要家が制御することを可能にする機器利用権を所定時間単位ごとに設定する電力予備力供給装置であって、上記個別需要家毎に所定の期間で消費された負荷実績値から制御当日の負荷予測値を算出する負荷予測部と、上記個別需要家の機器毎に所定の期間で運転された運転実績値から制御当日の運転予測値を算出する運転予測部と、上記個別需要家が入札した制御当日の機器利用権に基づいて制御可能量及び機器利用権を購入するための費用を算出する制御可能量及び費用算出部と、上記電力供給者からの予備力購入の入札に関する情報を受信し、上記電力供給者が購入を希望する時間帯に機器利用権を購入することにより発生する予備力および入札額を算出する入札条件算出部と、上記予備力および上記入札額を上記電力供給者に入札する入札部と、上記電力供給者が上記入札部が入札した予備力を購入する場合に、上記機器利用権を購入して上記個別需要家に連絡する機器利用権購入部と、すべての上記個別需要家の電力使用量を合計する合計積算電力量部と、上記合計積算電力量部の計測値から求めた所定時間単位の消費電力量が、契約電力と上記電力供給者に売却した予備力から求めた目標電力量以下になるように上記機器利用権を購入した機器を制御する機器制御部と、を有する。

この発明に係る電力予備力供給装置は、集約需要家が個別需要家から機器利用権を購入して電力供給者に予備力を提供することにより、安い電気料金で予備力を提供した時間帯に使用した電力を購入することができるので、機器利用権を購入するために必要な原資を確保できるという効果を奏する。

この発明を実施するための最良の形態に係る電力予備力供給装置（以下、単に「この発明の電力予備力供給装置」と称す）について図１から図５までを参照しながら説明する。
図１は、この発明の電力予備力供給装置が備えられた電力予備力供給システムの構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号、記号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この発明の電力予備力供給システムは、データベースを格納し得る記憶装置を含むサーバ（親機）１００と、電力供給設備に電力線Ｌ１を通じて接続された合計積算電力量計１０１と、サーバ１００にＬＡＮなどの通信線（ネットワーク）Ｌ３を通じて接続されたパソコン（ＰＣ）やホームコントローラなどのコントローラ（端末）１０２と、同じくコントローラ１０３と、同じくコントローラ１０４と、合計積算電力量計１０１に電力線Ｌ１を通じて接続された積算電力量計１０５と、同じく積算電力量計１０６と、同じく積算電力量計１０７と、サーバ１００にＬＡＮなどの通信線（ネットワーク）Ｌ２を通じて接続された空調機器（機器）１１０と、同じく空調機器（機器）１１１と、同じく温水器（機器）１１２と、同じく空調機器（機器）１１３とが設けられている。

なお、親機としてはサーバ１００に限られず、通信機能や各種処理機能などを備えたパソコン、専用制御装置でも構わない。また、端末としてはパソコンやホームコントローラに限られず、通信機能や表示機能などを備えた専用端末や、携帯電話でも構わない。合計積算電力量計１０１は、全ての積算電力量計１０５、１０６、１０７の電力使用量の合計を計測する。

電力線Ｌ１は、電力供給者の電力供給施設と合計積算電力量計１０１の間に接続されている。また、電力線Ｌ１は、合計積算電力量計１０１とコントローラ１０２、積算電力量計１０５、機器１１０の間に接続され、合計積算電力量計１０１とコントローラ１０３、積算電力量計１０６、機器１１１、機器１１２の間に接続され、合計積算電力量計１０１とコントローラ１０４、積算電力量計１０７、機器１１３の間に接続されている。

通信線Ｌ２は、オンライン（ＯＮ−ＬＩＮＥ）で使用電力量などの計測情報や、消費電力を抑制するような制御指令などの制御情報を伝送するもので、サーバ１００と合計積算電力量計１０１の間に接続されている。また、通信線Ｌ２は、サーバ１００と積算電力量計１０５、機器１１０の間に接続され、サーバ１００と積算電力量計１０６、機器１１１、機器１１２の間に接続され、サーバ１００と積算電力量計１０７、機器１１３の間に接続されている。

通信線Ｌ３は、オフライン（ＯＦＦ−ＬＩＮＥ）で機器利用権に関連する入札情報などの情報を伝送するもので、サーバ１００とコントローラ１０２、コントローラ１０３、コントローラ１０４の間に接続されている。ここで、『機器利用権』とは、個別需要家が保有する電力を消費する機器を、サーバ（集約需要家）が制御することを許諾し、その許諾に対してサーバ（集約需要家）からコントローラ（個別需要家）へ対価を支払うものである。なお、通信線Ｌ２及び通信線Ｌ３の代わりに、電力線Ｌ１を使用した電力線搬送通信（ＰＬＣ）や、無線通信でも構わない。

発電所などの電力供給施設は、電力供給者に属する。また、サーバ１００及び合計積算電力量計１０１は、集約需要家に属する。コントローラ１０２、積算電力量計１０５及び空調機器１１０は、個別需要家Ａに属する。コントローラ１０３、積算電力量計１０６、空調機器１１１及び温水器１１２は、個別需要家Ｂに属する。コントローラ１０４、積算電力量計１０７及び空調機器１１３は、個別需要家Ｃに属する。

電力供給者としては、電力小売事業者（ＰＰＳ）が該当する。また、集約需要家としては、ビル管理者や、マンション管理組合、団地の自治会が該当し、個別需要家としては、ビルに入居しているテナント（店舗）や、マンションに入居している一般家庭が該当する。従って、個別需要家は３戸とは限られない。

つぎに、この発明の電力予備力供給システムの動作について図面を参照しながら説明する。
図２は、この発明の電力予備力供給システムで利用される機器利用権を説明するための図である。図中、丸で囲んだ「利」は機器利用権を表し、丸で囲んだ「Ｍ」は積算電力量計を表す。

図２において、電力供給者３は、集約需要家１へ電力を供給し、個別需要家Ａ２ａ、個別需要家Ｂ２ｂ、個別需要家Ｃ２ｃに電力を直接供給しない。また、集約需要家１は、個別需要家Ａ２ａ、個別需要家Ｂ２ｂ、個別需要家Ｃ２ｃへ電力を供給する。個別需要家Ａ２ａ、個別需要家Ｂ２ｂ、個別需要家Ｃ２ｃは、集約需要家１へ電力使用料金を支払い、集約需要家１は、電力供給者３へ電力使用料金を支払う。

個別需要家Ａ２ａは、保有する機器１１０に紐付けられる売買可能な機器利用権２０１を持っており、集約需要家１との間で機器利用権２０１を売買する。また、個別需要家Ｂ２ｂは、保有する機器１１１、機器１１２に紐付けられる売買可能な機器利用権２０２、機器利用権２０３を持っており、集約需要家１との間で機器利用権２０２、２０３を売買する。同様に、個別需要家Ｃ２ｃは、保有する機器１１３に紐付けられる売買可能な機器利用権２０４を持っており、集約需要家１との間で機器利用権２０４を売買する。

図３は、この発明の電力予備力供給システムのコントローラに表示される機器利用権入札表示テーブルを示す図である。図３では、００：００から０１：００までの期間と、１０：００から１３：３０までの期間と、２３：００から２４：００（００：００）までの期間が、機器利用権の入札対象である場合を示し、期間の終りの時刻で３０分の時間帯を表現している。例えば、「００：３０」が００：００から００：３０までの３０分の時間帯を意味する。図３では、機器利用権の状態の違いが分かるように各時間帯が表示される。なお、この実施の形態では、処理単位である時間帯を３０分単位としているが、３０分単位に限られず、１５分単位や１時間単位などでもよい。

図４は、この発明の電力予備力供給システムのサーバ及びコントローラの動作を示すフローチャートである。
なお、空調機器（エアコン）が多数設置され、空調機器を制御することにより全体の消費電力を抑制することができるので、機器として、空調機器を中心に説明する。

ステップＳ２０１において、各コントローラは、例えば、１日１回、個別需要家の操作により入力された機器毎の翌日の１日分の入札情報をサーバ１００に送信する（以降の説明では、無線なども可能なので通信媒体についての記載を省略し、単に送信する、受信すると記載する。）。

コントローラ１０２、１０３、１０４は、入札情報として、機器利用権譲渡価格と、制御実施時希望割引率を生成する。機器利用権譲渡価格は、個別需要家ＩＤ、機器ＩＤ、日付、時間帯及び入札価格から構成される。また、制御実施時希望割引率は、個別需要家ＩＤ、機器ＩＤ、日付、時間帯、割引率から構成される。

個別需要家ＩＤは、個別需要家を識別する情報である。機器ＩＤは、機器を識別する情報である。日付は、翌日の年月日である。時間帯は、００：００〜２４：００のうちのどの３０分単位かを示す。入札価格は、機器利用権を譲渡する入札価格（円）である。割引率は、当該電力使用料金の割引率である。

コントローラ１０２、１０３、１０４は、翌日の１日分（００：００〜２４：００）のうち、機器利用権の入札対象でない時間帯を除く（以下では特に述べない）、各機器（Ｍｉ（ｉ＝１〜３））の３０分毎（Ｔｎ（ｎ＝１〜１１））（００：００〜００：３０、００：３０〜０１：００、・・・）の機器利用権２０１〜２０４の入札価格（円）を送信する。

ステップＳ１０１において、サーバ１００は、例えば、１日１回、過去の負荷実績値から負荷予測値を求める（負荷予測部）とともに、過去の運転実績値から運転予測値を求める（運転予測部）。
サーバ１００は、個別需要家毎に、負荷制御を行っていない過去の負荷実績値（Ｔｎ）を使用して、負荷予測値（Ｔｎ）（３０分毎の棒グラフ）を求める。この負荷予測値は、使用（消費）する電力量（ｋＷｈ）で、過去の所定の期間内の負荷実績値の平均であり、３０分単位で求める。
また、サーバ１００は、機器毎（Ｍｉ）に、制御を行っていない過去の運転実績値（Ｍｉ、Ｔｎ）を使用して、運転予測値（Ｍｉ、Ｔｎ）を求める。この運転予測値は、使用時間率（％）で、過去の所定の期間内の運転実績値の平均であり、３０分単位で求める。

ステップＳ１０２において、サーバ１００は、制御可能量および機器利用権を購入したときに発生する費用を求める（制御可能量及び費用算出部）。
サーバ１００は、機器毎（Ｍｉ）に、予め分かっている機器（Ｍｉ）の定格負荷と運転予測値（Ｍｉ、Ｔｎ）とを用いて式（１）から制御可能量を３０分単位で求める。なお、敷き（１）は、機器利用権を売却した時間帯には、機器利用権を売却した機器を全く利用できなくなる場合もあることに合意して、個別需要家は機器利用権を売却することを前提としている。

制御可能量＝定格負荷×運転予測値（１）

また、サーバ１００は、各コントローラから受信した入札情報と運転予測値とを用いて、式（２）から予測還元料金Ｐｔ（Ｍｉ、Ｔｎ）を求める。

予測還元料金Ｐｔ（Ｍｉ、Ｔｎ）＝還元料金Ｐａ（Ｍｉ、Ｔｎ）＋運転予測値（Ｍｉ、Ｔｎ）×還元料金Ｐｂ（Ｍｉ、Ｔｎ）（２）

ここで、還元料金Ｐａ（Ｍｉ、Ｔｎ）は入札価格、還元料金Ｐｂ（Ｍｉ、Ｔｎ）は、Ｐｂ（Ｍｉ、Ｔｎ）＝割引率（Ｍｉ）×定格出力での使用電力量Ｗｈ（使用電力Ｗからの換算値）×電気料金（使用電力量Ｗｈ毎の単価）である。

次に、サーバ１００は、予測還元料金Ｐｔ（Ｍｉ、Ｔｎ）を、安い順に並べた予測還元料金テーブルを作成してデータベースに登録する。説明を簡単にするために、機器１１０、１１３、１１１、１１２にそれぞれ対応する予測還元料金Ｐｔが安い順に並んだと仮定する。

ステップＳ１０３において、サーバ１００は、電力供給者が発信している翌日の予備力購入に関する情報を入手する。翌日の予備力購入に関する情報としては、予備力を購入する予定の時間帯と、電気料金の割引率とからなる。電力供給者は、翌日の電力需要予測を行い、予備力を購入しなければならない時間帯と購入する予備力とを求め、さらに予備力の購入単価、すなわち電気料金（円／ｋＷｈ）の割引率を求める（入札条件算出部）。

ステップＳ１０４において、サーバ１００は、電力供給者に対して予備力を入札することができるか否かを判断する。予備力を入札できないときには予備力提供手順を終了する。予備力を入札できると判断したときステップＳ１０５に進む。
サーバ１００は、翌日の予備力を入札しようとしている時間帯の個別需要家の負荷予測量を積算して集約需要家としての翌日の予備力を入札しようとしている時間帯の負荷予測量（集約負荷予測量と称す）を求める。次に、集約負荷予測量を契約電力量と対比して予備力を入札できるか否かを判断する。対比するときには消費電力量が契約電力量を超えてペナルティが発生しないように、安全を考えて集約負荷予測量の数％から十数％大きな値を集約負荷予測値として採用する。なお、契約電力とは、制御当日までに電力供給者と集約需要家の間で合意した負荷カーブ（所定時間単位ごとに消費電力量の上限を規定する）を意味する。

そして、集約負荷予測量が契約電力量を超えているときには、集約負荷予測量から機器利用権を購入した機器の制御可能量を差し引いた値が契約電力量以下になるまで、機器利用権を費用の少ない機器から順番に購入する。そして、ここまでに購入されていない機器利用権が残っているときにはその機器利用権を購入して予備力として入札する。また、予備力の入札額として集約負荷予測量から機器利用権を購入した機器の制御可能量を差し引いた値が契約電力量以下になった後で購入した機器利用権の購入に係る費用に所定の費用を加算した値とする。なお、入札額の算出方法はこれに限るものではなく、契約料金の割引率だけ負荷予測量の電力代金が削減される分を考慮して決めても良い。

また、集約負荷予測量が契約電力量以下のときには、入札された機器利用権を購入して予備力として入札する。また、予備力の入札額として購入した機器利用権の購入に係る費用に所定の費用を加算した値とする。なお、入札額の算出方法はこれに限るものではなく、契約料金の割引率だけ負荷予測量の電力代金が削減される分を考慮して決めても良い。

ステップＳ１０５において、サーバ１００は、予備力及び入札額を電力供給者の電力供給者需給計画システムに送って入札する。このステップＳ１０４およびステップＳ１０５の手順が入札部の手順である。

電力供給者の電力供給者需給計画システムでは、電力を供給している集約需要家または個別需要家から入札された予備力および入札額を検討して、機器利用権の購入を決定する。購入すると決定された予備力を、集約需要家または個別需要家に連絡する。
ステップＳ１０６において、サーバ１００は、予備力の購入があるか否かを確認し、購入がなければ翌日のための予備力供給手順を終了し、購入があればステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０７において、サーバ１００は、機器利用権を決定し、該当する機器を保有する個別需要家に機器利用権を購入したことを連絡する（機器利用権購入部）。
ステップＳ２０２で、サーバ１００からの機器利用権の購入の連絡を受信する。

図５は、この発明の電力予備力供給システムのサーバでの負荷制御手順を示すフローチャートである。この負荷制御手順は予備力を発生するために機器利用権を購入した機器を制御して消費電力量を減少する手順である。目標とする消費電力量は、契約電力量から予備力を差し引いた値であり、以下、目標電力量と称す。
ステップＳ１１１において、サーバ１００は、例えば、３０秒毎に、機器運転実績を取得すると共に、個別需要家単位の積算電力量計から負荷実績を収集する。

サーバ１００は、各機器（Ｍｉ）から運転実績値（日付、時刻、機器ＩＤ、ＯＮ／ＯＦＦ、空調設定温度、空調設定モード、温水器追い焚きモードなど）を取得する。また、個別需要家単位の積算電力量計１０５、１０６、１０７から電力量情報（ｋＷｈ／３０秒間）を取得する。

次に、ステップＳ１１２において、サーバ１００は、負荷実績値と目標電力量から負荷抑制のための制御量を計算する。なお、ステップＳ１１１〜ステップＳ１１２の手順が合計積算電力量部の手順である。

サーバ１００は、個別需要家単位の電力量情報を集約（加算）し、全体の計測周期単位時間（３０秒間）あたりの使用電力量を算出する。また、使用電力量を積算し、３０分間の全体の使用電力量（負荷実績値）を算出し、次に、負荷実績値から当該時間帯の目標電力量を差し引いて制御量を算出する。

次に、ステップＳ１１３において、サーバ１００は、算出された制御量に基づいて制御実施要否を判断する。制御量が正の値の場合には、制御実施必要と判断し、次のステップＳ１１４へ進む。制御量が負または零の場合には、制御実施不要と判断し、負荷制御手順を終了する。

次に、ステップＳ１１４において、サーバ１００は、翌日計画（前日）時点で決定した予測還元料金テーブルを参照する。

次に、ステップＳ１１５において、サーバ１００は、予測還元料金が安い機器順に制御を実施する。

サーバ１００は、優先順位テーブルに沿って、算出した負荷実績値と負荷予測値の差分をゼロ以下にするまで順位の高い機器から制御対象とする。サーバ１００は、制御対象となった機器に対して、制御指令を送信する。その後、制御実施情報をデータベースに登録する。

そして、ステップＳ１１６において、サーバ１００は、制御実施中は、制御実施中であることをコントローラに送信する。なお、ステップＳ１１３からステップＳ１１６までの手順が機器制御部の手順である。

このように集約需要家は個別需要家から機器利用権を購入して電力供給者に予備力を提供することにより、安い電気料金で予備力を提供した時間帯に使用した電力を購入することができるので、機器利用権を購入するために必要な原資を確保できる。
また、電力供給者は集約需要家から機器利用権を購入することにより得られる予備力を購入することができるので、予備力の調達先を多様化することができる。

この発明の電力予備力供給システムの構成を示す図である。この発明の電力予備力供給システムの機器利用権を説明するための図である。この発明の電力予備力供給システムのコントローラに表示される機器利用権売買表示テーブルを示す図である。この発明の電力予備力供給システムでの予備力の入札に関する手順を示すフローチャートである。この発明の電力予備力供給システムでの機器利用権を利用した予備力を発生する手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１集約需要家、２ａ、２ｂ、２ｃ個別需要家、３電力供給者、１００サーバ、１０１合計積算電力量計、１０２、１０３、１０４コントローラ、１０５、１０６、１０７積算電力量計、１１０、１１１、１１３機器（空調機器）、１１２機器（温水器）、２０１、２０２、２０３、２０４機器利用権、Ｌ１電力線、Ｌ２、Ｌ３通信線。

Claims

電力供給者から一括購入した電力を複数の個別需要家に販売する集約需要家が上記電力供給者に予備力を供給するとともに、上記集約需要家が上記個別需要家に対価を支払うことにより上記個別需要家が有する機器を上記集約需要家が制御することを可能にする機器利用権を所定時間単位ごとに設定する電力予備力供給装置であって、
上記個別需要家毎に所定の期間で消費された負荷実績値から制御当日の負荷予測値を算出する負荷予測部と、
上記個別需要家の機器毎に所定の期間で運転された運転実績値から制御当日の運転予測値を算出する運転予測部と、
上記個別需要家が入札した制御当日の機器利用権に基づいて制御可能量及び機器利用権を購入するための費用を算出する制御可能量及び費用算出部と、
上記電力供給者からの予備力購入の入札に関する情報を受信し、上記電力供給者が購入を希望する時間帯に機器利用権を購入することにより発生する予備力および入札額を算出する入札条件算出部と、
上記予備力および上記入札額を上記電力供給者に入札する入札部と、
上記電力供給者が上記入札部が入札した予備力を購入する場合に、上記機器利用権を購入して上記個別需要家に連絡する機器利用権購入部と、
すべての上記個別需要家の電力使用量を合計する合計積算電力量部と、
上記合計積算電力量部の計測値から求めた所定時間単位の消費電力量が、契約電力と上記電力供給者に売却した予備力から求めた目標電力量以下になるように上記機器利用権を購入した機器を制御する機器制御部と、
を有することを特徴とする電力予備力供給装置。