CN102436602B - 能量管理系统以及能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种能量管理系统以及能量管理方法，其能够由蓄热运转吸收并减少团体内的基于自然能量的发电的多余电力，进而能反映启动时的效率降低地减少蓄热运转中的系统电力的使用量与电费的至少一方。团体EMS(2)由具备PV设备(1a)与电热水器(1b)的至少一个的用户(1)构成，对从电力系统(100)向用户(1)提供系统电力的团体(10)的电热水器(1b)进行控制。具备预测PV设备(1a)的多余电力的多余电力预测部和按照利用多余电力与系统电力的方式制作电热水器(1b)的蓄热运转模式的地产地消计划部，按照系统电力的使用量和对应于系统电力的使用量而负担的电费的至少一方减少的方式制作蓄热运转模式。

Description

能量管理系统以及能量管理方法

技术领域

本发明涉及对用户集合而形成的团体的能量进行管理的能量管理系统(Energy Management System)以及能量管理方法。

背景技术

近年来，在消耗电力的用户中，太阳能发电(以下称作“PV”)的引入不断进展，一并利用从电力公司提供的系统电力与在用户端发电产生的PV电力的形态不断增加。今后，设想根据PV的引入量在地域上的不平衡、PV发电量受气象影响而产生的变动，送电系统的趋势状况随地域或时间而变化，特别是考虑，在PV发电量多的地域或时间段，产生从用户端向送电系统送电的逆趋势。另外，担心会对送电系统的电压控制、系统整体的供需平衡控制带来影响。

作为其对策的一个方法，研究了对设置于用户端的电热水器的蓄热运转的时间段进行调整的方法。即，电热水器通常按照利用夜间的比较便宜的电将温水贮藏在热水贮藏容器中，并在第二天的白天利用温水的方式进行运转，但在预测第二天的白天的PV发电量多的情况下，研究了以下方法：抑制前一天夜间的蓄热运转使第二天能蓄热的量增大，对应第二天白天的PV发电量多的时间段进行蓄热运转，由此增大电力需要，降低上述的送电系统的逆趋势、系统整体的供给力的增大(例如，参照非专利文献1)。

该方法的特征如下。

即，若送电系统的电压因白天的PV所产生的逆趋势而上升，则通过PV的电压上升抑制功能来自动地抑制PV发电量，但由电热水器的蓄热运转能有效活用其抑制量。

另外，一般，用户的温水需要量即使在白天进行PV的时间段以后也有足够的量，如上所述，即使将蓄热运转的时间段从前一天夜间错开到白天进行PV的时间段，也不会有温水不足的情况，不会损坏用户的便利性。

另外，能够利用为了利用温水而已经设置的电热水器，能够抑制初期费用。

非专利文献1：「需要家器との連携制御を用ぃた太陽光発電逆潮流抑制方式-予測の不確実性を考慮したヒ一トポンプ式給湯の運用計画法-」、利(電中研)他、電気学会B部門大会論文集、2009/08。

根据非专利文献1所记载的技术，能抑制由PV发电而产生的电力的逆趋势并防止热水贮藏式的电热水器的热水中断，同时能减少用户的电费。

然而，却没有考虑电热水器的蓄热运转模式对能量效率带来的影响。例如，加热泵式电热水器中，关于加热泵的能量效率受外部空气温度的影响、蓄热运转启动时成为以额定的能量效率进行的运转为止需要花费很长时间的影响、温水生成后对应于在热水贮藏容器中贮藏的时间而产生的散热损失的影响等，没有做出考虑。另外，若能量效率低，则维持相同的温水需要所需的电力会增加。

另外，在仅通过PV发电量不足以维持电热水器的蓄热运转的情况下，会利用系统电力。此时，若设定成系统电力的从量单价根据时间段而不同，则即使在蓄热运转中利用的系统电力的总电力量相同，与系统电力的使用量对应的费用量(电费)也会根据蓄热运转的时间段而变化。若假设在从量单价高的时间段进行蓄热运转，则系统电力的电费变高。

发明内容

为此，本发明的课题在于提供一种能量管理系统以及能量管理方法，其能够由蓄热运转吸收并减少团体内的基于自然能量的发电的多余电力，进而能减少蓄热运转中的系统电力的使用量与电费的至少一方。

为了解决上述课题，本发明的能量管理系统具备预测基于自然能量的发电的多余电力的机构、和按照利用预测的多余电力并根据需要利用系统电力的方式来制作蓄热设备的蓄热运转的运转模式的机构。其特征在于，按照减少多余电力，并且减少系统电力的使用量与对应于系统电力的使用量而负担的电费的至少一方的方式来制作运转模式。

另外，本发明的能量管理系统的特征在于，在考虑蓄热设备的效率的基础上来制作运转模式。

另外，本发明是一种使团体所配备的蓄热设备进行蓄热运转时的能量管理方法。其特征在于，至少包括：根据基于自然能量的电力供给量与蓄热设备的电力需要量来预测基于自然能量的多余电力的步骤；以及按照系统电力的使用量与对应于系统电力的使用量而负担的电费的至少一方减少的方式，制作使用预测的多余电力的运转模式的步骤。

发明效果

根据本发明所涉及的能量管理系统以及能量管理方法，能够由蓄热运转吸收并减少团体内的基于自然能量的发电的多余电力，进而能减少蓄热运转中的系统电力的使用量与电费的至少一方。

另外，能够在考虑了蓄热设备的效率的基础上，减少蓄热运转中的系统电力的使用量与电费的至少一方。

附图说明

图1是表示团体的一构成例的图。

图2是表示用户终端的功能模块的一构成例的图。

图3(a)是团体EMS的功能框图，(b)是表示供需预测表数据的一个例子的图。

图4是团体EMS执行能量管理程序的流程图。

图5(a)是表示外部空气温度Temp与蓄热运转电力量P_ec的关系的一个例子的曲线图，(b)是表示外部空气温度Temp与供给热量SHW_ec的关系的一个例子的曲线图，(c)是表示外部空气温度Temp与散热损失率LR_ec的关系的一个例子的曲线图。

图6是表示蓄热运转模式的一个例子的图。

符号说明：

1-用户；

2-团体EMS(能量管理系统)；

1a-太阳能发电设备(PV设备，第1电力供给源)；

1b-电热水器(蓄热设备)；

10-团体(community)；

20-输入输出部(数据显示装置)；

21-地产地消计划部(模式制作部)；

22a-气象状态管理部；

22b-PV发电量预测部(电力预测部)；

22c-电力需要预测部；

22e-多余电力预测部；

100-电力系统(第2电力供给源)；

F1-第1目标函数；

F2-第2目标函数。

具体实施方式

下面，适当地参照附图详细对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，多个用户1(在图1中图示了4个用户1)集合而形成一个团体10，并配备了对团体10的能量进行管理的团体EMS(能量管理系统)2。

此外，假设用户1是一般家庭、建筑物、工厂、店铺、学校等。

从电力公司经营的电力系统100向团体10提供电力。电力系统100包括具备未图示的变压器等的送电线3而构成，通过送电线3向各用户1提供电力。将像这样从电力系统100向用户1提供的电力称作系统电力。

此外，为了使说明变得简单，图1图示了4个用户1与送电线3有序连接的状态，但实际上也存在更复杂的构成的情况。

另外，在本实施方式的用户1中配备了太阳能发电设备1a、电热水器1b、空调等的电力负载设备1c等。以下，将太阳能发电设备1a、电热水器1b、空调等的电力负载设备1c归纳统称为用户设备。另外，将太阳能发电称作“PV”，将太阳能发电设备1a称作“PV设备”，将由太阳能发电设备1a发出的电力称作“PV电力”。

PV设备1a是接受作为自然能量的太阳光并将太阳光变换为电力的发电设备，但以下将其称作用户1的第1电力供给源。由PV设备1a发出的电力(PV电力)主要提供给配备该PV设备1a的用户1供其消耗。在产生没有被消耗的多余电力(以下，称作PV多余电力)的情况下，逆流向电力系统100。

此外，在本实施方式中，电力系统100成为不同于PV设备1a(第1电力供给源)的电力供给源，以下将其称作用户1的第2电力供给源。

另外，如上所述电力系统100由电力公司经营，从电力系统100提供给用户1的系统电力根据使用量付费。而由该用户1所具有的PV设备1a发出的PV电力是不产生与使用量对应的费用量(电费)的电力。

电热水器1b是将在未图示的热水贮藏容器中贮藏温水作为热量的蓄热式热水器(蓄热设备)，例如被构成为通过由电力驱动的加热泵单元使温水沸腾的电力负载设备。此外，也存在配备由电加热器使温水沸腾的电热水器1b的情况。

电力负载设备1c是消耗电力而成为负载的设备，例如有空调等的家电产品。

用户终端1d配备在每个用户1中，用来监视该用户1所配备的用户设备(PV设备1a、电热水器1b、电力负载设备1c等)的状态并将监视到的状态通知给团体EMS2，并且按照来自团体EMS2的指令控制各设备。

例如，用户终端1d基于来自团体EMS2的指令，启动电热水器1b的蓄热运转。

用户终端1d例如如图2所示那样构成。

输入输出部11a包括未图示的键盘、监视器等而构成，例如是如下所述的接口：通过用户1(参照图1)的管理者的操作向用户终端1d输入数据，并显示状况。

另外，团体EMS通信部11b是经由网络等与团体EMS2(参照图1)连接，与团体EMS2进行数据通信的接口。

地产地消控制部11c在经由输入输出部11a从用户1(参照图1)的管理者等输入了地产地消启动信号的情况下，或经由团体EMS通信部11b接收到来自团体EMS2(参照图1)的指令(地产地消启动指令等)的情况下，经由用户设备通信部11d向各个用户设备发送控制信号进行控制。地产地消启动信号或地产地消启动指令可以是直接启动用户设备的控制的控制信号，也可以是催促用户进行设备的控制的启动的信息信号(例如，费用信息)。在是后者的情况下，可以是团体10(参照图1)的管理者等确认信息信号来启动用户设备的控制的结构，也可以是下述结构：将启动用户设备的控制的各个条件(例如，按照每个费用信息的内容，使用户设备的控制内容对应起来的条件)作为表数据存储于用户终端1d中，在地产地消启动信号或地产地消启动指令与该表数据中储存的各个条件一致时，按照该表数据启动用户设备的控制。

用户设备通信部11d是例如经由LAN(Local Area Network)等，与用户1配备的用户设备(PV设备1a、电热水器1b以及其他电力负载设备1c)的每一个连接，与各用户设备之间进行数据通信的接口。

电热水器状态监视部11e经由用户设备通信部11d，从电热水器1b的控制部(未图示)取得电热水器1b的状态(例如蓄热运转电力量、蓄热余量、加热量、给水温度等)，将取得的电热水器1b的状态数据，经由团体EMS通信部11b发送到团体EMS2(参照图1)。在此，蓄热运转电力量是电热水器1b进行蓄热运转时消耗的电力量(不进行蓄热运转时为“0”)，蓄热余量是以水温为“0℃”的情况为基准计算电热水器1b的热水贮藏容器(未图示)内贮藏的温水所具有的热量而得出的值。另外，加热量是在热水贮藏容器内的温水通过电热水器1b的加热部(例如，加热泵式电热水器的情况下为加热泵)加热时得到的热量，给水温度是从外部向电热水器1b补给的水的温度。

电热水器蓄热控制部11f是控制电热水器1b的蓄热运转的功能模块，例如，基于来自地产地消控制部11c的指令，经由用户设备通信部11d，向电热水器1b的控制部发送蓄热运转启动信号或蓄热运转停止信号，来调节(控制)电热水器1b的蓄热运转的状态。

电力需要状态监视部11g测量用户1的电力需要量，并将测量到的结果经由团体EMS通信部11b发送到团体EMS2(参照图1)。测量电力需要量的方法例如可以考虑：对从电力系统100(参照图1)向用户1提供系统电力的受电点的电力进行测量的方法；经由用户设备通信部11d从各设备的控制部收集用户1所配备的电热水器1b或其他的电力负载设备1c消耗的消耗电力，进行合计计算的方法等。

PV状态监视部11h经由用户设备通信部11d从PV设备1a的控制部(未图示)取得PV设备1a的发电量(PV发电量)，将取得的PV发电量经由团体EMS通信部11b发送到团体EMS2。

团体10(参照图1)所配备的全部用户终端1d例如经由在团体10内构建的网络(广域LAN等)与团体EMS2(参照图1)连接。

团体EMS2(参照图1)是由未图示的计算机执行规定的程序，協调控制所连接的一个或多个用户终端1d(参照图1)，进行团体10(参照图1)的能量管理的控制装置，例如如图3(a)所示，包括输入输出部20、地产地消计划部21、供需预测部22、用户终端通信部23以及用户数据管理部24而构成。另外，用户数据管理部24包括设备规格数据24a、用户实绩(実績)数据24b、供需预测表数据24c而构成。以下，将为了团体10的能量管理而由团体EMS2执行的程序称作能量管理程序。

输入输出部20包括未图示的键盘、HDD单元、监视器等而构成，是例如通过团体10(参照图1)的管理者的操作对团体EMS2输入输出数据的接口。

另外，用户终端通信部23是经由网络等与用户终端1d的团体EMS通信部11b(参照图2)连接，与用户终端1d进行数据通信的接口。

供需预测部22包括气象状态管理部22a、PV发电量预测部22b、电力需要预测部22c、温水需要预测部22d以及多余电力预测部22e而构成，用来预测团体10(参照图1)中的PV多余电力。以下，将预测到的PV多余电力称作PV多余电力预测值。

气象状态管理部22a例如从天气预报的现场，获取现在到未来的每个规定时刻的天气、外部空气温度、日照强度等的预测值的数据，并对它们进行管理。

本实施方式中的规定时刻是从0时到24时(详细而言23时59分)为止的各时刻的0分与30分(0时0分，0时30分，1时0分，……，23时00分，23时30分)，以下称之为管理对象时刻。另外，气象状态管理部22a，取得外部空气温度预测值或日照强度预测值(气象状况)的每个管理对象时刻(换句话说，每30分)的时间变化，并进行管理。

此外，管理对象时刻并非限定于以30分间隔进行设定，也可以是以比30分长的间隔进行设定，也可以是以比30分短的间隔进行设定。

另外，管理对象时刻的时间段并非限定于0时到24时，也可以是其他时间段(例如从23时到第二天的23时)。

PV发电量预测部22b计算各用户1(参照图1)的各管理对象时刻的PV发电量预测值。换句话说，作为电力预测部预测PV设备1a(参照图1)的电力供给量。

例如，由设备规格数据24a取得该用户1的“日照强度-PV发电量特性数据”，进而从气象状态管理部22a取得该管理对象时刻的日照强度预测值数据作为气象预测数据。然后，参照所取得的“日照强度-PV发电量特性数据”，求得与该日照强度预测值对应的PV发电量特性数据。

然后，PV发电量预测部22b进一步对全部的用户1合计运算每个用户1的PV发电量预测值，将合计运算得到的值设为团体10(参照图1)的PV发电量预测值(电力供给量的预测值)。

通过该结构，PV发电量预测部22b能够预测PV发电量预测值基于表示气象状况的预测(日照强度预测值)的气象预测数据在时间上的变化，能够预测团体10(参照图1)的PV电力的供给量的时间上的变化。

此外，日照强度-PV发电量特性数据是将PV发电量与日照强度对应起来的数据，被预先设定作为PV设备1a(参照图1)的规格，作为设备规格数据24a存储于用户数据管理部24。

电力需要预测部22c计算各用户1(参照图1)的每个管理对象时刻的电力需要量预测值。例如，将管理对象时刻的各时刻的团体10(参照图1)的电力需要量的过去实绩的平均值，设为团体10在该时刻的电力需要量预测值。

温水需要预测部22d计算各用户1(参照图1)的各管理对象时刻的温水需要量预测值。例如，将管理对象时刻的各时刻的温水需要量的过去实绩的平均值设为该时刻的温水需要量预测值。

此外，预测温水需要量预测值的方法除了上述的方法之外，例如还有以下所述的方法：利用过去的日间温水需要量(每1日的温水需要量)的实绩数据之中一定期间的平均值或者仅仅是实绩数据之中第二天的区分(例如，平日、休息日的区分)一致的日子的平均值，将其设为第二天的日间温水需要量预测值，将其1/48的值设为每个管理对象时刻的温水需要量预测值。

多余电力预测部22e输出管理对象时刻的各时刻的团体10(参照图1)中的PV多余电力预测值。例如，多余电力预测部22e，将从PV发电量预测部22b计算出的该时刻的团体10的PV发电量预测值中减去电力需要预测部22c计算出的该时刻的团体10的电力需要预测值而得到的值，设为该时刻的团体10中的PV多余电力预测值。

这样供需预测部22通过多余电力预测部22e预测团体10(参照图1)中的PV多余电力预测值在时间上的变化。

此外，多余电力预测部22e也可以构成为：取代电力需要预测部22c预测的电力需要预测值与PV发电量预测部22b(电力预测部)预测的PV发电量预测值，而是利用例如团体10(参照图1)的管理者从输入输出部20(参照图3(a))输入的与电力需要预测值相当的数据或与PV发电量预测值相当的数据，来计算(预测)PV多余电力预测值。

另外，在该构成的情况下，也可以采用不配备电力需要预测部22c、PV发电量预测部22b的供需预测部22。

另外，供需预测部22在管理对象时刻的每个时刻取得日照强度预测值、PV发电量预测值、电力需要预测值、温水需要量预测值以及PV多余电力预测值，按照每个管理对象时刻在时间序列上对这些值进行排列，并将这些值作为供需预测表数据24c存储于用户数据管理部24中。供需预测表数据24c例如如图3(b)所示那样构成。

另外，成为图3(b)所示的供需预测表数据24c的项目的数据，表示形成团体10(参照图1)的所有用户1(参照图1)的合计值。

供需预测部22在每个管理对象时刻制作该时刻以后的供需预测表数据24c。例如供需预测部22在0时制作以从0时到24时为止的24小时为对象的供需预测表数据24c，并将其存储于用户数据管理部24中。进而，供需预测部22在0时30分制作以从0时30分到24时为止的23.5小时为对象的供需预测表数据24c，并将其存储于用户数据管理部24中。

这样，供需预测部22在一天当中以30分种为间隔进行48次来制作48模式的供需预测表数据24c。

此外，在管理对象时刻从23时到第二天的23时的情况下，供需预测部22在23时制作以从23时到第二天的23时为止的24小时为对象的供需预测表数据24c，在23时30分制作以从23时30分到第二天的23时为止的23.5小时为对象的供需预测表数据24c。这样，供需预测部22根据所设定的管理对象时刻，来制作供需预测表数据24c。

用户数据管理部24是能够存储团体EMS2对团体10(参照图1)的能量进行管理所需的数据并且能够根据需要提取出数据的存储装置，除了供需预测部22制作的供需预测表数据24c之外，还对设备规格数据24a、用户实绩数据24b、电费单价数据进行存储和管理。关于用户实绩数据24b，用户数据管理部24在每个管理对象时刻，经由用户终端通信部23，从团体10(参照图1)内的各用户1的用户终端1d(参照图1)取得当前状态数据并进行存储。

设备规格数据24a是与全部的用户1(参照图1)所配备的用户设备(PV设备1a、电热水器1b、电力负载设备1c等)的规格相关的数据，例如作为表示PV设备1a(参照图1)的规格的数据，包括上述的“日照强度-PV发电量特性数据”。

此外，作为设备规格数据24a，电热水器1b(参照图1)例如管理蓄热运转时的消耗电力或蓄热运转的平均COP(Coefficient ofPerformance：能量消耗效率)的数据，另外管理表示与因电热水器1b(参照图1)的蓄热运转时的电力消耗量、供给热量、COP、外部空气温度所引起的变化或启动时的变化相关的特性的数据等。

电热水器1b(参照图1)的COP是表示电热水器1b进行蓄热运转时的能量效率的值，作为一定时间的蓄热运转的输出能量总量相对于输入能量总量的比率而被计算出来。另外，平均COP是在预先设定的几个条件下的COP的平均值。

用户实绩数据24b包括用户供需状态数据与用户蓄热设备状态数据而构成。用户供需状态数据包括团体10(参照图1)内的各用户1(参照图1)的每个管理对象时刻的电力需要量、PV发电量、温水需要量、加热量以及这些各值(每个管理对象时刻的电力需要量、PV发电量、温水需要量、加热量)在团体10内的合计值(total)而构成。

用户蓄热设备状态数据包括团体10内的各用户1的每个管理对象时刻的电热水器1b(参照图1)的状态量(蓄热运转电力量、加热量、给水温度、外部空气温度等)以及团体10内的总的蓄热运转电力量、加热量的数据而构成。

团体10内的电力需要量、PV发电量、温水需要量、蓄热运转电力量、加热量的合计值(total)分别是针对团体10内的各用户1，由用户数据管理部24对在每个各管理对象时刻从团体10内的各用户1收集到的电力需要量、PV发电量、温水需要量、加热量进行合计运算而算出来的。

电费单价数据是表示系统电力的每个管理对象时刻的从量单价的数据。从量单价是指所使用的电力量的每单位量(例如，1kWh等)的单价。电费单价数据是团体10(参照图1)的管理者等经由输入输出部20进行适当地更新的。

地产地消计划部21基于PV发电量预测值、PV多余电力预测值、电费单价数据等，决定(制作)电热水器1b进行蓄热运转时的运转模式(蓄热运转模式)。此外，关于地产地消计划部21制作蓄热运转模式的详细内容在后面描述。

如图3(a)所示那样构成的团体EMS2被构成为：在成为上述的管理对象时刻后，执行对团体10(参照图1)的能量进行管理的能量管理程序。能量管理程序启动用户数据管理部24、供需预测部22、气象状态管理部22a、PV发电量预测部22b、电力需要预测部22c、温水需要预测部22d、多余电力预测部22e的各部分的处理，其后，启动地产地消计划部21的处理来制作蓄热运转模式。然后，基于由地产地消计划部21中的处理而制作出的蓄热运转模式，对团体10(参照图1)内的各用户1的用户终端1d(参照图1)，发送成为对各用户1的电热水器1b(参照图1)的地产地消启动指令的电热水器控制信号。

图4所示，团体EMS2(参照图1)在执行能量管理程序后，如上所述启动供需预测部22、用户数据管理部24、地产地消计划部21各部分的处理，作为第1步骤求得PV发电量预测值。即，预测电力供给量。

然后，团体EMS2求得团体10(参照图1)的电力需要量预测值，作为第2步骤。即，预测电力需要量。

进而，团体EMS2从PV发电量预测值中减去电力需要量预测值，求得团体10的PV多余电力预测值，作为第3步骤。即，基于电力供给量的预测值与电力需要量的预测值，预测团体10中的多余电力，作为第4步骤而制作蓄热运转模式。

然后，团体EMS2基于由地产地消计划部21制作出的蓄热运转模式，对各用户1的用户终端1d(参照图1)，发送地产地消启动指令(电热水器控制信号)。

在各用户1的用户终端1d(参照图2)中，地产地消控制部11c(参照图2)经由团体EMS通信部11b(参照图2)接收到地产地消启动指令(电热水器控制信号)后，基于该信号将电热水器1b(参照图2)的蓄热运转的启动指令发送到电热水器蓄热控制部11f(参照图2)。接收到蓄热运转的启动指令的电热水器蓄热控制部11f，经由用户设备通信部11d将控制信号(蓄热运转启动信号、蓄热运转停止信号)发送到电热水器1b，控制电热水器1b的蓄热运转。

下面，对团体EMS2的地产地消计划部21制作蓄热运转模式的顺序(第4步骤)进行说明(适当地参照图1～图3)。

地产地消计划部21被构成为：假设下述的要件1～5来制作蓄热运转模式。

要件1：通过蓄热运转，尽可能多地吸收并减少PV多余电力。

要件2：蓄热所需的电力中通过PV多余电力不足的部分利用系统电力。

要件3：将蓄热运转所需的系统电力的电费抑制得尽可能低。

要件4：将团体内的蓄热运转所需的电力的消耗量抑制得较低。

要件5：避免热水中断。

地产地消计划部21假设上述的要件来制作蓄热运转模式，使得能尽可能增大团体10的管理者等预先选择设定的下述的两个目标函数(第1目标函数F1、第2目标函数F2)中的一个目标函数的值。

F1：W1×∑U_ep[ti]-

    W2×{∑(P_ec[ti]-

    Min(EP_pv[ti]，P_ec[ti]))×

                          rate[ti]}→最大化

F2：W1×∑U_ep[ti]-

    W3×{∑(P_ec[ti]-

    Min(EP_pv[ti]，P_ec[ti]))}→最大化

ti是表示第i个管理对象时刻的参数。

本实施方式中的管理对象时刻由于如上所述是从0时0分到23时30分为止的以30分钟为间隔设定的，所以例如t0表示0时0分，t1表示0时30分，t2表示1时0分，23时30分由t47表示。

另外，第1目标函数F1以及第2目标函数F2的第一个符号∑表示针对全部的管理对象时刻进行合计，第1目标函数F1以及第2目标函数F2的第2个符号∑表示针对团体10内的全部的用户1与全部的管理对象时刻进行合计。

P_ec是进行蓄热运转时由电热水器1b消耗的电力消耗量(蓄热运转电力量)，并被定义为：将表示蓄热运转的状态的蓄热运转状态变量S_ec与用于反映蓄热运转启动时对蓄热运转电力量的影响的系数k1_ec，乘以以外部空气温度Temp为参数的蓄热运转电力量的特性函数FP_ec而得到的值。即，蓄热运转电力量P_ec由下面的式(1)表示。

P_ec＝FP_ec(Temp)×S_ec×k1_ec           …(1)

蓄热运转状态变量S_ec是按照每个用户1，表示电热水器1b的蓄热运转的状态的变量，例如，用“1”表示蓄热运转中，用“0”表示蓄热运转停止中。这样通过用“0”表示蓄热运转停止中，从而能将蓄热运转停止中的蓄热运转电力量P_ec设定为0。

另外，蓄热运转电力量的特性函数FP_ec是将蓄热运转电力量P_ec与外部空气温度Temp对应起来的特性函数，在本实施方式中，为表示电热水器1b的效率的第1效率特性。

例如，可以由团体10(参照图1)的管理者等预先设定，或者如图5(a)所示，对过去的运转实绩数据或实验数据，以最小二乘法等近似地求出。然后，若例如作为设备规格数据24a(参照图3(a))而预先存储于用户数据管理部24(参照图3(a))，则特性函数FP_ec(第1效率特性)由用户数据管理部24管理，例如，地产地消计划部21(参照图3(a))等可以根据需要参照特性函数FP_ec。然后，利用特性函数FP_ec，预测根据外部空气温度Temp的变化而变化的蓄热运转电力量P_ec的变化。

系数k1_ec是用于反映蓄热运转启动时对蓄热运转电力量的影响的系数，例如，下面的式(2)表现出在蓄热运转启动时蓄热运转电力量变少。

k1_ec[ti]＝(S_ec[ti]+

                S_ec[ti-1])/2…(2)

在此，系数k1_ec[ti]是管理对象时刻ti的值，S_ec[ti-1]是管理对象时刻(ti-1)的蓄热运转状态，S_ec[ti]是管理对象时刻ti的蓄热运转状态。

此外，在当前时刻为0时0分、即“t0”的情况下，“ti-1”的数据例如可以是前一天的23时30分，即前一天的“t47”的数据，也可以是预先设定的初始值。

U_ep是团体10内整体的PV多余电力吸收量(PV多余电力的使用量)，并被定义为：各用户1的PV多余电力EP_pv的团体10内的合计值、和各用户1的蓄热运转电力量P_ec的团体10内的合计值的较小的值。

即，PV多余电力吸收量U_ep由下面的式(3)表示。式(3)中的两个符号∑都表示针对团体10内的所有用户1进行合计。

U_ep＝Min(∑EP_pv，∑P_ec)                    …(3)

rate是系统电力的每单位电力的电费(从量单价)，是用于变换为与系统电力的使用量对应的电费的系数。

根据上述，由第1目标函数F1以及第2目标函数F2所示的∑U_ep[ti]表示由全部的电热水器1b在全部的管理对象时刻的PV多余电力吸收量的总和。

另外，在第1目标函数F1所示的∑(P_ec[ti]-Min(EP_pv[ti]，P_ec[ti]))×rate[ti]表示：针对全部的电热水器1b以及全部的管理对象时刻，对将系统电力充当到进行蓄热运转的电热水器1b所消耗的电力量中通过PV多余电力吸收量而不足的部分的情况下所需的电费进行合计而得到的值。

另外，在第2目标函数F2所示的∑(P_ec[ti]-Min(EP_pv[ti]，P_ec[ti]))表示：针对全部的电热水器1b以及全部的管理对象时刻，对将系统电力充当到进行蓄热运转的电热水器1b所消耗的电力量中通过PV多余电力吸收量而不足的部分中的电力需要量(以下，称作“系统电力消耗量”)进行合计而得到的值。

第1目标函数F1以及第2目标函数F2中所示的W1、第1目标函数F1中所示的W2、第2目标函数F2中所示的W3分别是决定PV多余电力吸收量、电费、系统电力消耗量的权重的权重系数，分别取“0”或正的值。

另外，作为地产地消计划部21制作蓄热运转模式时的制约条件，贮藏电热水器1b的温水的热水贮藏容器的蓄热余量(RHW_ec)在规定最小量(RHW_ec_min)与规定最大量(RHW_ec_max)之间。即，成为下面的式(4)的关系。

RHW_ec_min≤RHW_ec≤RHW_ec_max            …(4)

蓄热余量的规定最小量(RHW_ec_min)与规定最大量(RHW_ec_max)是作为电热水器1b的规格而预先给出的值，并作为设备规格数据24a存储于用户数据管理部24。

在本实施方式中，管理对象时刻ti的蓄热余量RHW_ec[ti]被表示为：从第(i-1)个管理对象时刻(ti-1)的蓄热余量RHW_ec[ti-1]与由蓄热运转提供给电热水器1b的供给热量SHW_ec[ti-1]相加而得到的热量，减去温水需要量DHW_ec[ti-1]、蓄热余量RHW_ec[ti-1]和散热损失率LR_ec[ti-1]之积而得到的热量。

即，蓄热余量RHW_ec[ti]由下面的式(5)表示。

RHW_ec[ti]＝RHW_ec[ti-1]+

SHW_ec[ti-1]-DHW_ec[ti-1]-

RHW_ec[ti-1]×LR_ec[ti-1]    …(5)

由蓄热运转提供的供给热量SHW_ec[ti]是通过将蓄热运转状态变量S_ec[ti]与用于反映蓄热运转启动时的影响的系数k2_ec[ti]，与以外部空气温度Temp[ti]为参数的特性函数FSHW_ec相乘而计算出来的。

即，供给热量SHW_ec[ti]由下面的式(6)表示。

SHW_ec[ti]＝

FSHW_ec(Temp[ti])×

S_ec[ti]×k2_ec[ti]        …(6)

另外，特性函数FSHW_ec与蓄热运转电力量的特性函数FP_ec同样，是将供给热量SHW_ec与外部空气温度Temp对应起来的特性函数，在本实施方式中，为表示电热水器1b的效率的第2效率特性。

例如，可以由团体10(参照图1)的管理者等预先设定，也可以图5(b)所示，对过去的运转实绩数据或实验数据，以最小二乘法等近似地求出。然后，若例如作为设备规格数据24a(参照图3(a))而预先存储于用户数据管理部24(参照图3(a))，则特性函数FSHW_ec(第2效率特性)由用户数据管理部24管理，例如，地产地消计划部21(参照图3(a))等能够根据需要参照特性函数FSHW_ec。然后，利用特性函数FSHW_ec，能够预测根据外部空气温度Temp的变化而变化的供给热量SHW_ec的变化。

系数k2_ec是用于反映对蓄热运转启动时的供给热量带来的影响的系数，例如，下面的式(7)表现出在蓄热运转启动时供给热量变少。

k2_ec[ti]＝

((S_ec[ti-1]+S_ec[ti])/2)×

((S_ec[ti-1]+S_ec[ti])/2)    …(7)

在此，系数k2_ec[ti]是管理对象时刻ti的值。

例如，在管理对象时刻(ti-1)与ti之间启动了电热水器1b的蓄热运转的情况下，系数k1_ec[ti]为0.5，系数k2_ec[ti]为0.25，能够考虑将蓄热运转启动时的效率降低的影响降低到效率为1/2。

这样，通过加入了系数k1_ec[ti]与系数k2_ec[ti]，从而在地产地消计划部21制作蓄热运转模式时实现最大化的目标函数中，反映在蓄热运转启动时产生的蓄热运转的效率降低，地产地消计划部21能够按照恰当地抑制在蓄热运转启动时产生的效率降低的方式来制作蓄热运转模式。

另外，热水贮藏容器的散热损失率LR_ec由以外部空气温度Temp为参数的特性函数FLR_ec定义。即，散热损失率LR_ec由下面的式(8)表示。

LR_ec[ti]＝FLR_ec(Temp[ti ])    …(8)

另外，特性函数FLR_ec是将散热损失率LR_ec与外部空气温度Temp对应起来的特性函数，在本实施方式中，为表示电热水器1b的效率的第3效率特性。

例如，可以由团体10(参照图1)的管理者等预先设定，或者图5(c)所示，基于过去的运转实绩数据或实验数据，以最小二乘法等近似地求出。然后，若例如作为设备规格数据24a(参照图3(a))预先存储于用户数据管理部24(参照图3(a))，则特性函数FLR_ec(第3效率特性)由用户数据管理部24管理，例如，地产地消计划部21(参照图3(a))等根据需要可以参照特性函数FLR_ec。然后，利用特性函数FLR_ec，可以预测根据外部空气温度Temp的变化而变化的散热损失率LR_ec的变化。

此外，热水贮藏容器的蓄热余量RHW_ec[ti]的定义式中包含的、RHW_ec[ti-1]×LR_ec[ti-1]的项，是被乘以了热水贮藏容器的散热损失率LR_ec[ti-1]的项，成为反映了减少因电热水器1b的散热损失而带来的蓄热余量的项。由此，在地产地消计划部21实现最大化的目标函数中，反映出电热水器1b的散热损失和因外部空气温度而带来的散热损失的不同，地产地消计划部21能够按照恰当地抑制电热水器1b的散热损失的方式来制作蓄热运转模式。

地产地消计划部21按照上述的两个目标函数(第1目标函数F1、第2目标函数F2)中的预先设定的目标函数的值尽可能大的方式，并且按照满足上述的制约条件的方式，来求出蓄热运转状态变量S_ec，即求出蓄热运转模式。

第1目标函数F1、第2目标函数F2是表示针对团体10(参照图1)所配备的全部的电热水器1b(参照图1)进行了合计的状态(蓄热运转电力量、PV多余电力吸收量、电费、系统电力消耗量)的目标函数，地产地消计划部21通过尽可能增大所设定的目标函数的值，从而能够制作团体10的全部电热水器1b的蓄热运转模式。

地产地消计划部21求出尽可能增大目标函数F1、F2的蓄热运转模式的解法没有特别限定，例如，可以使用随机数生成多个蓄热运转模式的候补，判断是否满足针对各候补的制约条件，针对满足制约条件的候补计算目标函数F1或F2，选择其值最大的候补，将此作为解而输出。

由此，地产地消计划部21制作出满足上述的要件1～5的蓄热运转模式。图6图示了该上述蓄热运转模式的图像。

纵轴表示电力量，横轴表示时间。图6中用细实线示出的曲线a是表示PV发电量的预测值的曲线，用点划线示出的曲线c是表示电力需要量的预测值的曲线。然后，图6中用粗实线示出的曲线b是表示PV多余电力的预测值的曲线。

然后，蓄热运转模式如图6中用虚线所示那样来决定。即，按照在成为白天时间段的7时到23时为止的期间PV发电量a多、电力需要量c少的时间段，即，PV多余电力b大的时间，对电热水器1b(参照图1)进行蓄热运转的方式来制作蓄热运转模式d。由此，通过电热水器1b的蓄热运转能够吸收PV多余电力，并且能够在不极力使用系统电力的情况下进行蓄热运转。

因此，能够最大限度地使用(吸收)PV多余电力，并且，能够将系统电力消耗量以及电费抑制得较低。

此外，图6所示的蓄热运转模式d是表示将团体10(参照图1)所配备的全部的电热水器1b(参照图1)合计后的蓄热运转电力量的模式，表示了全部的电热水器1b在相同的时刻进行蓄热运转的状态。

例如，在全部的电热水器1b所需的蓄热运转的时间不同的情况下，在表示蓄热运转模式的蓄热运转的部分，阶段状地表示蓄热运转电力量。

另外，在团体EMS2的输入输出部20(参照图3(a))具备监视器等的数据显示装置，例如可以构成为显示下述的第1数据～第8数据的至少一个。

第1数据：表示每个用户的蓄热运转状态的数据。

第2数据：表示每个用户的蓄热运转电力量的数据。

第3数据：表示每个用户的蓄热运转热供给量的数据。

第4数据：表示地域内多余电力吸收量的日间数据。

第5数据：表示地域内费用量的日间数据。

第6数据：表示地域内蓄热运转电力量的日间数据。

第7数据：表示日间蓄热运转电力量的资源明细的数据。

第8数据：表示每个用户的电费的数据。

表示每个用户的蓄热运转状态的数据(第1数据)是按照每个用户1来表示蓄热运转状态的数据，是蓄热运转状态变量(S_ec)。然后，将蓄热运转状态变量(S_ec)的、例如每个管理对象时刻的时间上的变化设为按照每个用户1的电热水器1b(参照图1)，例如取横轴为管理对象时刻，取纵轴为蓄热运转状态变量值的趋势图，并显示在输入输出部20(参照图3(a))。

表示每个用户的蓄热运转电力量的数据(第2数据)是按照每个用户1(参照图1)表示电热水器1b(参照图1)的蓄热运转所需的电力量的数据，是每个用户1的蓄热运转电力量(P_ec[ti])。然后，将蓄热运转电力量(P_ec[ti])的、例如每个管理对象时刻的时间上的变化设为按照用户1的电热水器1b(参照图1)，例如取横轴为管理对象时刻，取纵轴为蓄热运转电力量的趋势图，并显示在输入输出部20(参照图3(a))。

表示每个用户的蓄热运转热供给量的数据(第3数据)是按照用户1(参照图1)表示由蓄热运转而蓄积于电热水器1b(参照图1)中的热量的数据，是每个用户1的蓄热运转的供给热量(SHW_ec[ti])。然后，将蓄热运转的供给热量(SHW_ec[ti])的、例如每个管理对象时刻的时间上的变化设为按照用户1的电热水器1b(参照图1)，例如取横轴为管理对象时刻，取纵轴为供给热量的趋势图，并显示在输入输出部20(参照图3(a))。

表示地域内多余电力吸收量的日间数据(第4数据)是在团体10(参照图1)内对PV多余电力的使用量进行合计运算而得到的值，是针对全部的用户1且针对全部的管理对象时刻，对每个用户1(参照图1)的PV多余电力吸收量(U_ep[ti])进行合计运算而得到的。将这样得到的数据的、例如当日的计划值与过去实绩显示在输入输出部20(参照图3(a))。

其中，当日的计划值是基于例如团体EMS2的地产地消计划部21(参照图3(a))设定第1目标函数F1或第2目标函数F2时计算出的各值来预测的值，过去实绩为表示例如到前一天为止的实绩值的平均值的值。

表示地域内费用量的日间数据(第5数据)是在团体10(参照图1)内对电热水器1b(参照图1)的蓄热运转的费用量进行合计运算而得到的值，是针对全部的用户1(参照图1)且针对全部的管理对象时刻，对从蓄热运转电力量(P_ec[ti])减去PV多余电力吸收量(U_ep[ti])之后的值乘以从量单价rate[ti]得到的值进行合计运算而得到的。将这样得到的数据的、例如当日的计划值与过去实绩显示在输入输出部20(参照图3(a))。

表示地域内蓄热运转电力量的日间数据(第6数据)是在团体10内对电热水器1b(参照图1)的蓄热运转的电力的使用量进行合计运算而得到的值，是针对全部的用户1且针对全部的管理对象时刻，对每个用户1(参照图1)的蓄热运转电力量(P_ec[ti])进行合计运算而得到的。将这样得到的数据的、例如当日的计划值与过去实绩显示在输入输出部20(参照图3(a))。

表示日间蓄热运转电力量的资源明细的数据(第7数据)是表示日间蓄热运转电力量的自PV电力部分、地域内其他PV电力部分、以及系统电力部分的明细，即，用于蓄热运转的电力的电力供给源的明细的数据。

自PV电力部分为针对团体10(参照图1)的全部用户1，对将一个用户1(参照图1)的PV多余电力(EP_pv)充当到该用户1中的蓄热运转电力量(P_ec[ti])的电力量进行合计而得到的电力量。

地域内其他PV电力部分为按照每个管理对象时刻求得团体10(参照图1)内的PV发电量的合计值、和团体10内的蓄热运转电力量的合计值之中较小的值，并针对日间的全部管理对象时刻对其进行合计运算，并从其中减去自PV电力部分的电力量而得到的电力量。

另外，系统电力部分为除了自PV电力部分与地域内其他PV电力部分以外，在团体10内电热水器1b的蓄热运转所需的电力值。

将这样定义的自PV电力部分、地域内其他PV电力部分以及系统电力部分的、例如每个管理对象时刻的时间上的变化，设为例如取横轴为管理对象时刻，取纵轴为各电力量的趋势图，并将其显示在输入输出部20(参照图3(a))。

表示每个用户的电费的数据(第8数据)是按照每个用户1(参照图1)表示电热水器1b(参照图1)的蓄热运转中的电力使用量所对应的费用量的数据，是电热水器1b的蓄热运转中的系统电力的使用量乘以从量单价rate[ti]而得到的电费(实质电费)、和在使用了其他用户1的PV多余电力(EP_pv)的情况下使用量乘以规定的系数rate2而计算出的与PV多余电力的电费相当的值(相当于电费的值)、的合计运算(实质电费+相当于电费的值)而得到的数据。

该情况下的系数rate2是用于在用户1所产生的PV多余电力被其他用户1使用时看做根据使用量付费的情况下，将PV多余电力的使用量换算成与电费相当的值(相当于电费的值)的系数。

将表示这样计算出的每个用户的电费(实质电费+相当于电费的值)的数据的、例如当日的计划值与过去实绩显示在输入输出部20(参照图3(a))。

这样，通过将第1数据～第8数据的至少一个显示在输入输出部20(参照图3(a))的构成，例如团体10(参照图1)的管理者可以详细地确认各用户1(参照图1)的状态以及团体10整体的状态。

如上所述，本实施方式的团体EMS2(参照图1)关于电热水器1b(参照图1)的蓄热运转，按照优先使用PV多余电力以将系统电力的使用量与电费的至少一方抑制得较低的方式来制作蓄热运转模式。然后，根据制作出的蓄热运转模式使电热水器1b进行蓄热运转。通过该构成，能够最大限度地使用(吸收)PV多余电力，并且能够将系统电力的使用量、与系统电力的使用量对应的费用量(电费)的至少一方抑制得较低。

如上所述，根据本实施方式的团体EMS2(参照图1)，能够通过地域(团体10(参照图1))内的电热水器1b(参照图1)的蓄热运转吸收该地域内的PV多余电力，减少对电力系统的冲击，进而能提高此时的地域内的电热水器1b的蓄热运转的能量效率，另外，能降低地域内的系统电力使用量或者系统电力利用费用(电费)的至少一方。

此外，在不脱离发明的主旨的范围内可以对本发明适当地进行设计变更。例如，形成图1所示的团体10的用户1可以是具备未图示的蓄电池的结构。该情况下，可以构成为将PV多余电力蓄积在蓄电池中，灵活运用在蓄电池中蓄积的电力来进行蓄热运转。根据该结构，能够进一步削减系统电力消耗量。

另外，虽然在图1所示的团体10的全部的用户1中配备了PV设备1a，但也可以是包括不配备PV设备1a的用户1的团体10。

另外，也可以是如下结构：作为将自然能量转换为电力的第1电力供给源，可以取代将太阳能量转换为电力的PV设备1a(参照图1)，而是例如具备将风力转换为电力的风力发电设备(未图示)。该情况下，只要是供需预测表数据24c(参照图3(b))具有风向以及风力的预测值，团体EMS2(参照图1)基于风向以及风力的预测值来预测发电量的构成，便能够得到与具备PV设备1a的本实施方式的构成同样的效果。即，第1电力供给源只要是将自然能量转换为电力的电力供给源(发电设备)，并非限定于PV设备1a。

Claims (8)

1.一种能量管理系统，其特征在于，根据运转模式控制包括一个以上的用户而构成的团体所配备的蓄热设备的蓄热运转，上述用户具备将自然能量转换为电力的第1电力供给源和由电力驱动的上述蓄热设备的至少一个，上述团体从不同于上述第1电力供给源的第2电力供给源向上述用户提供系统电力，

所述能量管理系统具备地产地消计划部，其按照利用从上述第1电力供给源提供的电力的多余电力，并且根据需要利用上述系统电力来使上述蓄热设备进行蓄热运转的方式制作上述运转模式，

上述地产地消计划部按照降低上述多余电力，并且上述系统电力的使用量和对应于上述系统电力的使用量而负担的电费的至少一方减少的方式制作上述运转模式，

由数据管理部管理将上述蓄热设备进行蓄热运转时的电力消耗量与外部空气温度对应起来的第1效率特性、将上述蓄热设备进行蓄热运转时提供的供给热量与外部空气温度对应起来的第2效率特性、和将上述蓄热设备的散热损失率与外部空气温度对应起来的第3效率特性的至少一个，

上述地产地消计划部执行下述预测的至少一个：

反映了启动时产生的效率降低的、利用上述第1效率特性对根据外部空气温度的变化而变化的上述电力消耗量的变化的预测；

反映了启动时产生的效率降低的、利用上述第2效率特性对根据外部空气温度的变化而变化的上述供给热量的变化的预测；和

利用上述第3效率特性对根据外部空气温度的变化而变化的上述散热损失率的变化的预测，

上述地产地消计划部按照根据上述电力消耗量的变化、上述供给热量的变化和上述散热损失率的变化的至少一个而变化的上述系统电力的使用量减少的方式制作上述运转模式。

2.根据权利要求1所述的能量管理系统，其特征在于，

还具备预测从上述第1电力供给源提供的电力的多余电力的多余电力预测部。

3.根据权利要求2所述的能量管理系统，其特征在于，

上述多余电力预测部基于上述第1电力供给源的电力供给量的预测、和上述团体中的电力需要量的预测的至少一个，来预测上述电力的多余电力。

4.根据权利要求3所述的能量管理系统，其特征在于，

还具备预测上述第1电力供给源的电力供给量的电力预测部、和预测上述电力需要量的电力需要预测部的至少一方。

5.根据权利要求4所述的能量管理系统，其特征在于，

上述电力预测部基于预测上述团体的气象状况而得到的气象预测数据来预测上述第1电力供给源的电力供给量。

6.根据权利要求1所述的能量管理系统，其特征在于，

还具备数据显示装置，该数据显示装置显示下述数据的至少一个：

按照每个上述用户表示上述蓄热运转的状态的第1数据；

按照每个上述用户表示上述蓄热运转所需的电力量的第2数据；

按照每个上述用户表示由上述蓄热运转而蓄积于上述蓄热设备中的热量的第3数据；

在上述团体内对上述多余电力的使用量进行合计运算而得到的第4数据；

在上述团体内对上述蓄热运转中的费用量进行合计运算而得到的第5数据；

在上述团体内对上述蓄热运转中的电力的使用量进行合计运算而得到的第6数据；

表示上述蓄热运转所使用的电力的电力供给源的明细的第7数据；和

按照每个上述用户表示上述蓄热运转中的费用量的第8数据。

7.根据权利要求1所述的能量管理系统，其特征在于，

上述自然能量是太阳能，

上述第1电力供给源是由太阳能电池将太阳能转换为电力的太阳能发电设备。

8.一种能量管理方法，是使包括一个以上的用户而构成的团体所配备的蓄热设备进行蓄热运转时所采用的能量管理方法，上述用户具备将自然能量转换为电力的第1电力供给源和由电力驱动的上述蓄热设备的至少一个，上述团体从不同于上述第1电力供给源的第2电力供给源向上述用户提供系统电力，

上述能量管理方法包括：

预测上述第1电力供给源的电力供给量的第1步骤；

预测上述团体中的电力需要量的第2步骤；

基于上述电力供给量的预测值与上述电力需要量的预测值来预测从上述第1电力供给源提供的电力的多余电力的第3步骤；和

制作上述蓄热设备的运转模式的第4步骤，

上述第4步骤包括：

根据外部空气温度的变化来预测上述蓄热运转时由上述蓄热设备消耗的电力消耗量的变化的步骤；

根据外部空气温度的变化来预测由上述蓄热运转而供给到上述蓄热设备的供给热量的变化的步骤；

根据外部空气温度的变化来预测上述蓄热设备的散热损失的变化的步骤；和

按照满足根据上述供给热量的变化以及上述散热损失的变化而变化的制约条件的方式，对根据上述电力消耗量的变化而变化的目标函数进行求解的步骤，

上述第4步骤是按照上述系统电力的使用量和对应于上述系统电力的使用量而负担的电费的至少一方减少的方式，制作使用预测的上述多余电力的上述运转模式的步骤。