JP2004266924A - 電力小売事業者の最適調達計画作成方法と装置、そのためのプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することを可能にする。
【解決手段】最適調達計画作成装置１の最適調達計画作成部１０は、線形近似手段１０１と調達量算出手段１０２を備えている。線形近似手段１０１は、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の相対取引がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似する。調達量算出手段１０２は、記憶手段１１〜１３に保存された各調達先の調達コストに関するデータと、線形近似手段１０１で近似により得られた１次関数の調達コストと、需要データ記憶手段１４に保存された需要データ２１とに基づき、ラグランジュ緩和法等を用いて各調達先からの調達量を算出する。
【選択図】 図２
【解決手段】最適調達計画作成装置１の最適調達計画作成部１０は、線形近似手段１０１と調達量算出手段１０２を備えている。線形近似手段１０１は、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の相対取引がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似する。調達量算出手段１０２は、記憶手段１１〜１３に保存された各調達先の調達コストに関するデータと、線形近似手段１０１で近似により得られた１次関数の調達コストと、需要データ記憶手段１４に保存された需要データ２１とに基づき、ラグランジュ緩和法等を用いて各調達先からの調達量を算出する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力小売事業者が性質の異なる複数の調達先から電力を調達して需要家の負荷に対して供給する場合に、各調達先からの調達量を経済的に最適となるように決定するための最適調達計画作成方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電力市場自由化に伴い、電力小売事業者は、電力の調達先として、電力小売事業者自身の所有する発電機、発電事業者との相対取引、また、卸購入電力の公開取引の場であるスポット市場、等の性質の異なる複数の調達先から電力を調達する場合が多くなっている。複数の調達先からの調達量を経済的に最適となるように決定するためには、各調達先から電力を調達するために必要な調達コストを、それぞれ正確に算出することが不可欠であるが、この場合、調達先に応じて、電力を調達するための調達方法や調達コストの性質は異なってくる。この点について以下に説明する。
【０００３】
まず、電力小売事業者自身の所有する発電機を調達先とした場合、電力の調達方法は発電であるため、電力の調達コストは燃料費等の発電コストであり、発電出力の単調増加な凸関数で与えられる。また、相対取引やスポット市場等を調達先とした場合、電力の調達方法は購入であるため、電力の調達コストは電力購入コストである。
【０００４】
ここで、スポット市場における電力購入コストは、市場に共通の単位価格により一次関数で与えられる。これに対して、相対取引における電力購入コストは、個々の相対契約内容に応じてそれぞれ個別の関数で与えられるものであり、単調増加な凸関数で与えられる場合もあるが、単調増加な凹関数で与えられる場合もあり、さらに、凸関数と凹関数の両方を含む複数の関数で与えられる場合もある。
【０００５】
そして、このように調達コストの性質の異なる複数の調達先、すなわち、電力小売事業者自身の所有する発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場、等からの調達量を経済的に最適となるように決定するための最適化問題を考えた場合、目的関数は、各調達先からの調達量に応じた調達コストの合計となる。また、この最適化問題の制約条件は、調達量の合計と需要量とを一致させる需給バランス制約、各調達量の最大・最小制約、発電機の起動停止に関する運転パターン制約等となる。
【０００６】
このような最適化問題を解く場合には、例えば、発電コストの最小化を目的関数とした発電機の起動停止計画問題の解法（例えば、非特許文献１参照）を適用することが考えられる。この解法は、最小化すべきコストを２次関数等の凸関数で近似し、ラグランジュ緩和法を適用するものであり、コストが凸関数で与えられる限り、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮した、最適な発電出力を算出することができる。
【０００７】
しかし、前述したような最適化問題、すなわち、電力小売事業者自身の所有する発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場、等からの調達量を経済的に最適となるように決定するための最適化問題に関しては、前述したように、相対取引の調達コストは凹関数で与えられる場合があり、この場合に同じ解法を用いても、調達コストが最小となるような調達量を求めることはできない。
【０００８】
また、運用当日のオンライン制御等により経済的に調達量を決定する際に、最小化すべきコストが区分線形で且つ単調増加な凹関数で与えられる場合には、特許文献１に記載されているような経済負荷配分方法を適用することができる。しかし、この特許文献１の提案は、ある時刻における瞬間的なコスト最小化を目的としており、発電機の起動停止に関する運転パターン制約がある場合には不適合である。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００１−３９４３２８
【非特許文献１】
電気学会 電力・エネルギー部門電力系統技術委員会 新しい電力システム計画手法調査専門委員会、「新しい電力システム計画手法」、電気学会技術報告 第６４７号、１９９７年８月８日、ｐ．４５
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、電力小売事業者が自ら所有する発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場、等の性質の異なる複数の調達先から電力を調達する場合において、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合に、従来の手法では経済的に最適となる調達量を求めることができなかった。
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、電力小売事業者が性質の異なる複数の調達先から電力を調達する場合において、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することの可能な、最適調達計画作成方法と装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような目的を達成するために、調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して単調増加な凸関数とすることにより、ラグランジュ緩和法等を適用して、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮しながら、調達コストの合計が最小となるような調達量を算出できるようにしたものである。
【００１３】
なお、本発明において、重要な用語の定義は次の通りである。
「電力小売事業者」は、需要家の負荷に対して電力の供給、販売を行う事業者を意味する用語であるが、自ら所有する発電機により発電事業を行う事業者に限らず、自らは発電事業を行わない事業者も含む広い概念である。また、電力小売事業を業とする限り、他の電力小売事業者に対する電力卸売事業を兼業する事業者等も含む広い概念である。
【００１４】
「調達先」は、電力小売事業者が電力を調達するための各種の調達先を意味する用語であり、電力小売事業者自身の所有する発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場または常時バックアップ契約、等を含む広い概念である。
「調達コスト」は、調達先から電力を調達するために必要なコストを意味する用語である。
【００１５】
「相対取引」は、電力小売事業者とその電力小売事業者に対して電力を供給、販売する別の事業者との間における相対取引を意味する用語である。
「市場」は、電力卸売市場を意味する用語であるが、市場で決定される単位価格で電力を不特定の電力小売事業者に販売するスポット市場等の一般的に市場と呼ばれるものに限らず、常時バックアップ契約等のように調達コストが共通の単位価格により一次関数で与えられる全ての取引を含む広い概念である。
【００１６】
請求項１の発明は、コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、線形近似ステップと調達量算出ステップを含むことを特徴としている。ここで、線形近似ステップは、調達先の調達コストに関する調達先データに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の調達先がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似するステップである。また、調達量算出ステップは、調達先データと需要家の負荷に関する需要データに基づき、特定の調達先については近似により得られた１次関数の調達コストを使用し、かつ、それ以外の調達先については各調達先に応じた関数で与えられる調達コストを使用して、単数または複数の調達先からの調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出するステップである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１の発明を装置の観点から把握したものであり、コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成装置において、請求項１の発明における各ステップに対応する各機能を有する線形近似手段と調達量算出手段を備えたことを特徴としている。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１、請求項８の発明をコンピュータプログラムの観点から把握したものであり、コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成用プログラムにおいて、請求項１の発明における各ステップに対応する線形近似機能と調達量算出機能をコンピュータに実現させることを特徴としている。
【００１９】
以上のような発明によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、その単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して単調増加な凸関数とすることができるため、ラグランジュ緩和法等を適用して、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮しながら、調達コストの合計が最小となるような調達量を算出することができる。したがって、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することができる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、次のようにして調達先からの調達量を決定するステップを含むことを特徴としている。すなわち、このステップにおいては、各調達先からの調達量を算出する際に、当該調達先からの調達コストが１次関数または近似により得られた１次関数で与えられる場合において、その調達コストの増分単価（λ）と１次係数（ａ）とが同じになった場合に、予め与えられた需要家の負荷の合計と単数または複数の調達先からの調達量の合計が同じになるように、当該調達先からの調達量を決定する。
【００２１】
この発明によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、調達コストを１次関数で近似し、かつ、計算過程中においては増分単価（λ）の値に応じて当該調達先からの調達量を容易に求めることができるため、ラグランジュ緩和法においてラグランジュ定数の更新を行う際における発電機の起動停止状態の振動を減少させ、その結果、収束回数を減少させ、計算時間を短縮できる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、調達コストが減少しなくなるまで逐次計算を繰り返すステップを含むことを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、調達コストを１次関数で近似し、ラグランジュ緩和法により調達量を算出する際に、計算過程中の現在の調達量に対して調達コストが減少しなくなるまで繰り返し計算を行うことによって、調達コストの最小化をより厳密に行うことができる。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかの電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、運転パターン制約を考慮する必要がない場合に各調達時刻における前記調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップを含むことを特徴としている。ここで、「運転パターン制約を考慮する必要がない場合」は、単数または複数の調達先が電力小売事業者自身の所有する発電機を含む場合であって、その発電機が調達期間内の全ての時間帯で起動停止に関して同じ状態を維持する場合、および、単数または複数の調達先が電力小売事業者自身の所有する発電機を含まない場合、のいずれかの場合である。
【００２５】
この発明によれば、電力小売事業者自身の所有する発電機の運転パターンや所有する発電機の有無に応じて、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮する必要がない場合には経済負荷配分計算のみを行うことで調達コストの最小化を行うことができるため、計算時間を短縮できる。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、単数または複数の調達先の中に、調達期間内に予め決められた調達量を調達しなければならない調達先がある場合に、その調達先から予め決められた以上の調達量を調達し、かつ、調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップ、を含むことを特徴としている。
【００２７】
この発明によれば、相対取引から購入する電力量に対して予め決められた電力量を購入しなければならない場合等、調達先からの調達量の制約がある場合に、調達量制約を考慮した上で最適な調達量を決定することができる。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかの電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、単数または複数の調達先からの調達量に対して、負荷追従のために出力調整余力を持たせる必要がある場合に、その出力調整余力を確保し、かつ、調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップ、を含むことを特徴としている。
【００２９】
この発明によれば、需要予測の誤差や急激な需要変動に対応しなければならない等、負荷追従のために出力調整余力制約がある場合に、出力調整余力を確保した最適な調達量を決定することができる。
【００３０】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかの電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、予め与えられた需要家の負荷の中に調整可能な負荷がある場合に、その負荷調整後の調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップ、を含むことを特徴としている。
【００３１】
以上のような発明によれば、需要家の負荷調整が可能な場合に、負荷調整によるペナルティコストを考慮した上で最適な調達量を決定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下には、本発明を適用した最適調達計画作成装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
［１．基本的な実施形態］
［１−１．基本的な構成］
図１は、本実施形態の最適調達計画作成装置が対象とする電力小売事業者による電力の調達、供給を示す概念図である。本実施形態の最適調達計画作成装置は、電力小売事業者が各時間帯に需要家である顧客に供給・販売すべき電力に対して、電力小売事業者自身の所有する自前発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場、等の種々の調達先から調達コストが最小となるような調達量の組み合わせを求めるものである。
【００３４】
この場合、各調達先については、相対取引やスポット市場から各時間帯にどれだけの電力を購入すべきか、また、電力小売事業者自身の所有する自前発電機においては各時間帯にどれだけの電力を出力すべきか、等を決定することになる。その際、自前発電機においては、各時間帯の起動停止も考えた上での最適な調達量を決定することになる。
【００３５】
図２は、本実施形態の最適調達計画作成装置を示すブロック構成図であり、最適調達計画作成装置１は、伝送ライン２を通じて需要予測システム３と通信するようになっている。ここで、需要予測システム３は、予め与えられた１つまたは複数の需要家について、各時間帯毎の需要家の全負荷を予測するシステムであり、この需要予測システム３で予測された需要データ２１が、伝送ライン２を通じて最適調達計画作成装置１に送信されるようになっている。
【００３６】
最適調達計画作成装置１は、需要予測システム３から送信された需要データ２１を受信する伝送装置４と、オペレータにより必要な指示情報を入力したり、オペレータに対して処理途中や処理結果を表示したりするためのマンマシン・インタフェース装置（ＭＭＩ）５を備えている。
【００３７】
最適調達計画作成装置１本体は、最適調達計画作成部１０、自前発電機データ記憶手段１１、相対取引データ記憶手段１２、スポット市場データ記憶手段１３、需要データ記憶手段１４、出力データ記憶手段１５、需要データ修正手段１６、等から構成されている。以下には、この最適調達計画作成装置１の各部について説明する。
【００３８】
自前発電機データ記憶手段１１、相対取引データ記憶手段１２、スポット市場データ記憶手段１３は、各調達先の調達コストに関する調達先データを保存する手段であり、需要データ記憶手段１４は、需要予測システム３から受信した需要データ２１を保存する手段である。
【００３９】
このうち、自前発電機データ記憶手段１１は、電力小売事業者が所有する自前発電機の燃料費特性、起動費特性、最大出力、最小出力、運転パターン（最小運転時間、最小停止時間、起動停止パターン）、その他必要なデータを保存している。また、相対取引データ記憶手段１２は、相対取引による電力取引価格特性、最大購入量、最小購入量、その他必要なデータを保存している。さらに、スポット市場データ記憶手段１３は、スポット市場による予想価格特性、最大購入量、最小購入量、その他必要なデータを保存している。
【００４０】
最適調達計画作成部１０は、最適調達計画作成装置１のメインとなる部分であり、自前発電機データ記憶手段１１、相対取引データ記憶手段１２、スポット市場データ記憶手段１３に保存された各調達先の調達コストに関する調達先データと、需要データ記憶手段１４に保存された需要データ２１とに基づき、調達コストが最小となるように調達量を決定するようになっている。この最適調達計画作成部１０は、線形近似手段１０１と調達量算出手段１０２を備えている。
【００４１】
線形近似手段１０１は、相対取引データ記憶手段１２に保存された相対取引の調達コストに関するデータに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の相対取引がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似する手段である。
【００４２】
調達量算出手段１０２は、自前発電機データ記憶手段１１、相対取引データ記憶手段１２、スポット市場データ記憶手段１３に保存された各調達先の調達コストに関するデータと、線形近似手段１０１で近似により得られた１次関数の調達コストと、需要データ記憶手段１４に保存された需要データ２１とに基づき、各調達先からの調達量を算出する手段である。
【００４３】
この場合、調達量算出手段１０２は、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の相対取引については線形近似手段１０１で近似により得られた１次関数の調達コストを使用し、それ以外の調達先については、各記憶手段１１〜１３に保存された各調達先の調達コストに関するデータに基づき、各調達先に応じた関数で与えられる調達コストを使用する。
【００４４】
一方、出力データ記憶手段１５は、最適調達計画作成部１０の出力結果データ２２を保存する手段である。また、需要データ修正手段１６は、出力データ記憶手段１５に保存されている出力結果データ２２を基に、需要データ２１を修正する手段である。
【００４５】
なお、図３は、図２に示す最適調達計画作成装置１を実現するためのコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。このコンピュータシステムにおいて、３０１は、ＣＰＵ３０２、主メモリ３０３、メモリ３０４、等を備えた計算機であり、この計算機３０１の主メモリ３０３上に記録された処理プログラムにより、計算機３０１を、図２に示すような最適調達計画作成装置１として動作させるようになっている。すなわち、処理プログラムにより、ＣＰＵ３０２と主メモリ３０３を、最適調達計画作成部１０、需要データ修正手段１６として動作させると共に、メモリ３０４を、記憶手段１１〜１５として動作させる。
【００４６】
また、計算機３０１には、記録媒体３０５にプログラムを記録する記録媒体書込み装置３０６が、汎用のＳＩＣＩ等のケーブル３０７等で接続されており、主メモリ３０３に記録された処理プログラムを記録媒体書込み装置３０６により任意に記録媒体３０５に記録できるようになっている。これにより、記録媒体３０５あるいは記録媒体３０５から書込まれた別の記録媒体を用いて、別の計算機でも同じ処理プログラムを実行できるようになっている。
【００４７】
［１−２．最適化問題］
以上のような最適調達計画作成装置１において、その最適調達計画作成部１０にて解かれる最適化問題の目的関数は、次の（１）式に示すように、各調達先からの調達量に応じた調達コストの合計となる。
【００４８】
【数１】
【００４９】
また、この最適化問題の目的関数に対する制約条件は、以下に示すように、調達量の合計と需要量とを一致させる需給バランス制約、各調達量の最大・最小制約、発電機の起動停止に関する運転パターン制約等となる。
【００５０】
【数２】
【００５１】
以上のように表現される最適化問題において、Ｐｉ ｇ（ｔ），Ｐｊ ｂ （ｔ），Ｐｍ （ｔ），は決定すべき調達量である。また、この調達量を決定するために用いられる各データのうち、Ｄ（ｔ）は、需要予測システム３から受信する需要データ２１であり、他のデータは、各記憶手段１１〜１３に保存された各調達先の調達コストに関する調達先データである。
【００５２】
すなわち、自前発電機ｉの燃料費特性、起動費特性、最大・最小出力、運転パターン（最小運転時間、最小停止時間、起動停止パターン）は、自前発電機データ記憶手段１１に、相対取引ｊの取引価格特性、最大・最小購入量は、相対取引データ記録手段１２に、スポット市場の予想価格特性、最大・最小購入量は、スポット市場データ記録手段１３に、それぞれ保存されている。
【００５３】
［１−３．全体の動作］
図４は、以上のような構成を有する本実施形態の最適調達計画作成装置１における動作の概略を示すフローチャートである。
【００５４】
この図４に示すように、需要予測システム３から送信された需要データ２１を伝送装置４により受信する毎（Ｓ４０１のＹＥＳ）に、需要データ記憶手段１４は、受信した需要データ２１を保存する（Ｓ４０２）。また、最適調達計画作成部１０は、最適な調達量を決定するために予め設定された所定の時刻または所定の周期毎（Ｓ４０３のＹＥＳ）に、記憶手段１１〜１４に保存されたデータに基づき、線形近似手段１０１による線形近似処理（Ｓ４０４）と調達量算出手段１０２による調達量算出処理（Ｓ４０５）を順次行い、調達コストが最小となるように調達量を決定する。なお、このような最適調達計画作成部１０による処理内容は、ＭＭＩ５によりオペレータに対して処理途中で適宜表示される。
【００５５】
そして、最適調達計画作成部１０により各調達先からの最適な調達量が決定されると、その結果は、ＭＭＩ５によりオペレータに対して表示されると共に、出力結果データ２２として出力データ記憶手段１５により保存される（Ｓ４０６）。なお、最適調達計画作成部１０により、需要家の負荷調整後の調達コスト合計が最小となるようにして調達量が決定された場合等、需要データの修正が必要な場合（Ｓ４０７のＹＥＳ）には、出力データ記憶手段１５は、出力結果データ２２を需要データ修正手段１６に渡し、需要データ修正手段１６は、需要データ記憶手段１４から需要データを読み出して必要な修正を加え、再び需要データ記憶手段１４に保存する（Ｓ４０８）。
【００５６】
［１−４．線形近似処理］
図５は、図４に示す動作のうち、最適調達計画作成部１０の線形近似手段１０１による線形近似処理（Ｓ４０４）のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００５７】
図５に示すように、線形近似処理において、線形近似手段１０１は、相対取引データ記憶手段１２に保存された相対取引の調達コストに関するデータに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる相対取引があるか否かを判断する（Ｓ５０１）。単調増加な凹関数を含む関数で与えられる相対取引がない場合（Ｓ５０１のＮＯ）には、線形近似処理を終了して図４に示す調達量算出処理（Ｓ４０５）に進む。また、単調増加な凹関数を含む関数で与えられる相対取引がある場合（Ｓ５０１のＹＥＳ）には、さらに、相対取引の調達コストが全て単調増加な凹関数で与えられるか否かを判断する（Ｓ５０２）。
【００５８】
相対取引の調達コストが全て単調増加な凹関数で与えられる場合（Ｓ５０２のＹＥＳ）には、相対取引の調達コストを全て１次関数で近似する（Ｓ５０３）。また、相対取引の調達コストが全て単調増加な凹関数で与えられない場合、すなわち、単調増加な凸関数と単調増加な凹関数で与えられた場合（Ｓ５０２のＮＯ）には、その単調増加な凹関数のみに対して調達コストを１次関数で近似する（Ｓ５０４）。そして、調達コストを近似した後は、線形近似処理を終了して図４に示す調達量算出処理（Ｓ４０５）に進む。
【００５９】
図６は、単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数に近似するための具体的な手法を示す説明図である。この図６に示すように、特定の相対取引の調達コストが単調増加な凹関数（例えば、上に凸な２次関数）で与えられる場合には、その相対取引における最小購入量での調達コスト（Ｘｍｉｎ，Ｙｍｉｎ）と、最大購入量での調達コスト（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）の２点を通るように線形近似することにより、調達コストを１次関数で近似することができる。なお、図６の６０１は、近似前の連続的でかつ単調増加な凹関数であり、６０２は近似後の１次関数である。
【００６０】
図６においては、調達コストが連続的でかつ単調増加な凹関数で与えられる場合について示したが、調達コストが区分線形でかつ単調増加な凹関数で与えられる場合についても、同様に、最小・最大購入量での調達コストの２点を通るように線形近似することにより、調達コストを１次関数で近似することができる。
【００６１】
以上のような線形近似処理により、全ての調達コストが単調増加な凸関数で表されることになるため、続く調達量算出処理では、ラグランジュ緩和法等の既存の手法を適応することで、調達コストが最小となる調達量を決定することができる。
【００６２】
［１−５．調達量算出処理］
図７は、最適調達計画作成部１０の調達量算出手段１０２による調達量算出処理（Ｓ４０５）のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。この図７に示す調達量算出処理は、既存の手法として、特にラグランジュ緩和法を適用した場合の一例を示している。
【００６３】
図７に示すように、調達量算出処理において、調達量算出手段１０２はまず、ラグランジュ定数と各調達量の初期値を設定する（Ｓ７０１）。次に、動的計画（ＤＰ）法を用いて、各調達先毎に調達コストを最小にする調達状態（起動停止状態）、を求める（Ｓ７０２）。この場合、自前発電機においては、最小運転時間、最小停止時間、起動停止パターン等の運転パターン制約も考慮する。次に、各調達先毎に、調達コストを最小にする調達状態の調達量を求める（Ｓ７０３）。この場合、各調達先毎の最大・最小（最大・最小購入量）制約を考慮する。
【００６４】
各調達先毎に得られた調達量について、需給バランス制約のチェックを行ない（Ｓ７０４）、制約を満足している場合（Ｓ７０４のＹＥＳ）には、調達量算出処理を終了して図４に示す結果出力・保存処理（Ｓ４０６）に進む。また、需給バランス制約を満足していない（Ｓ７０４のＮＯ）には、各制約に応じてラグランジュ定数を更新した（Ｓ７０５）後、Ｓ７０２に戻る。
【００６５】
［１−６．基本的な作用効果］
上記のように、本実施形態によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、その単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して単調増加な凸関数とすることができるため、ラグランジュ緩和法等の既存の手法を適用して、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮しながら、調達コストの合計が最小となるような調達量を算出することができる。したがって、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することができる。
【００６６】
なお、図８は、本実施形態の最適調達計画作成装置１により得られる各調達先からの調達量の一例を示すタイムチャートである。この図８に示す例の場合、自前発電機においては、最小運転時間、最小停止時間、起動停止パターン、等の運転パターン制約、すなわち、時間的な制約があるため、その調達コストを最小にする調達量を求めるためには、ラグランジュ緩和法等を採用することになる。これに対し、相対取引やスポット市場においては、運転パターン制約のような時間的な制約がないため、その調達コストを最小にする調達量を求めるためにはラムダ反復法や増分法等を採用することができる。本実施形態は、このように、時間的な制約の異なる複数の調達先に対して、線形近似とラグランジュ緩和法を採用することにより、各調達先毎に異なる制約をそれぞれ考慮した最適な調達量を決定することができるものである。
【００６７】
［２．調達量算出処理の変形例］
［２−１．増分単価に応じた調達量算出処理］
前述したように、本実施形態の最適調達計画作成部１０により調達量算出処理を行う際には、図７に示すように、ラグランジュ定数を更新しながら制約を満足するまで繰り返し計算を行うことになる。この場合に、調達コストを１次関数で近似したものや、調達コストが卸購入電力の単位価格（１次関数）で与えられるものをそのまま適用すると、繰り返しによる収束計算を行う際に、自前発電機の起動停止状態が振動する可能性がある。
【００６８】
このような起動停止状態の振動を抑制するために、調達量を算出するための計算過程においては、以下のようにして、増分単価（λ）の値によって調達量を求める。すなわち、調達コストが（６）式に示すような１次関数で与えられる調達先の増分単価（λ）は、（７）式に示すように定数（１次係数）となり、調達量と増分単価の関係は図９のようになる。
【００６９】
【数３】
【００７０】
図９から、λ＞ａでは、調達量は最大購入量（Ｐｍａｘ）、λ＜ａでは、調達量は最小購入量（Ｐｍｉｎ）となる。また、λ＝ａとなった場合は、調達量が幾らでも増分単価（λ）は一定となるので、需給バランスが取れるように需要データから他の調達量を差し引いた値を、その調達先の調達量に設定する。
【００７１】
この調達量算出処理によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、調達コストを１次関数で近似し、かつ、計算過程中においては増分単価（λ）の値に応じて当該調達先からの調達量を容易に求めることができる。そのため、ラグランジュ緩和法においてラグランジュ定数の更新を行う際における発電機の起動停止状態の振動を減少させ、その結果、収束回数を減少させ、計算時間を短縮できる。
【００７２】
［２−２．増分単価を用いた繰り返し計算による調達量算出処理］
前述したように、本実施形態の最適調達計画作成部１０により調達量算出処理を行う際に、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられた場合には、調達コストを１次関数に近似することで、ラグランジュ緩和法を適用できる。しかし、調達コストとして１次関数に近似したものを単純に使用した場合には、実際の調達コスト（近似する前の原関数）とは誤差が生じ、厳密なコスト最小化を行うことはできない。
【００７３】
そこで、より厳密なコスト最小化を行うために、調達量算出処理におけるＳ７０３（図７）で各調達先からの調達量を決定する際に、現在の調達量（計算過程中の調達量）に対して、調達量を上げる方向での増分単価（上げ増分単価）または調達量を下げる方向での増分単価（下げ増分単価）を用いて、調達コストが減少しなくなるまで繰り返し計算を行う。
【００７４】
調達量算出処理において各調達先からの調達量を決定する際（図７のＳ７０３）に、このような増分単価を用いた繰り返し計算を行うことにより、ある時刻での瞬間的な調達コストの最小化を行うことができ、かつ、ラグランジュ定数を更新しながら、各調達先の状態決定、調達量決定、需給バランスチェックを繰り返す（図７のＳ７０２〜Ｓ７０５）ことにより、調達時間帯全てに亘って調達コストの最小化を行うことができる。
【００７５】
この調達量算出処理によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、調達コストを１次関数で近似し、ラグランジュ緩和法により調達量を算出する際に、計算過程中の現在の調達量に対して調達コストが減少しなくなるまで繰り返し計算を行うことによって、調達コストの最小化をより厳密に行うことができる。
【００７６】
［２−３．運転パターン制約を考慮する必要がない場合の調達量算出処理］
前述したように、本実施形態の最適調達計画作成部１０により調達量算出処理を行う際には、ラグランジュ緩和法を適用することで、自前発電機の運転パターンを考慮することができるが、自前発電機の運転パターン制約を考慮する必要がない場合もありうる。
【００７７】
すなわち、本実施形態の最適調達計画作成装置１によれば、自前発電機、相対取引、スポット市場、という３種類の調達先がある場合に最適調達計画を求めることができるが、本実施形態は、何れか１種類または２種類の調達先がある場合、例えば、電力小売事業者が自前発電機を１機も所有してない場合にも同様に最適調達計画を求めることができる。
【００７８】
このように、電力小売事業者が自前発電機を１台も所有してない場合には、自前発電機の運転パターン制約を考慮する必要がない。また、電力小売事業者が自前発電機を所有している場合であっても、自前発電機が調達期間内の全ての時間帯において起動している場合、若しくは停止している場合には、同様に、運転パターン制約を考慮する必要がないため、各調達時刻毎に調達コストの最小化を行なえばよいということになる。このような場合には、ラグランジュ緩和法による最適化ではなく、ラムダ反復法や増分法等の既存の経済負荷配分計算を適応することで、調達コストを最小化でき、計算時間を短縮できる。
【００７９】
図１０は、このような、自前発電機の運転パターン制約を考慮する必要がない場合の調達量算出処理の一例を示すフローチャートである。この図１０に示すように、自前発電機が調達期間内の全ての時間帯において同じ状態を維持する場合、もしくは、自前発電機が１台もない場合（Ｓ１００１のＹＥＳ）には、経済負荷配分により最適な調達量を計算し（Ｓ１００２）、そうでない場合（Ｓ１００１のＮＯ）は、ラグランジュ緩和法により最適な調達量を計算する（Ｓ１００３）。この場合、Ｓ１００３の「最適調達量計算処理」は、図７に示すＳ７０１〜Ｓ７０５の処理に相当する。
【００８０】
この調達量算出処理によれば、電力小売事業者自身の所有する発電機の運転パターンや所有する発電機の有無に応じて、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮する必要がない場合には経済負荷配分計算のみを行うことで調達コストの最小化を行うことができるため、計算時間を短縮できる。
【００８１】
なお、これ以降の説明において、用語「調達量算出処理」は、各調達先からの調達量を算出するための全体の処理を示すために使用し、用語「最適調達量計算処理」は、その「調達量算出処理」中に含まれる基本的な計算処理、すなわち、図７のＳ７０１〜Ｓ７０５に示すようなラグランジュ緩和法による基本的な計算処理を示すために使用する。
【００８２】
［２−４．調達量制約を考慮した調達量算出処理］
相対取引においては、購入する電力量に対して予め決められた電力量を調達（購入）することを契約内容に含める場合もある。図１１は、このような調達量制約を考慮した場合の調達量算出処理の一例を示すフローチャートである。この図１１に示すように、まず、調達量制約を設定せずに最適調達量計算処理を行った（Ｓ１１０１）後、得られた相対取引からの調達量（購入量）と、実際に購入しなければならない電力量（制約量）とを比較する（Ｓ１１０２）。
【００８３】
この場合に、得られた調達量の方が大きい場合（Ｓ１１０２のＹＥＳ）には、調達量制約を満たしているため、調達量算出処理をそのまま終了する。また、調達量よりも制約量の方が大きい場合（Ｓ１１０２のＮＯ）には、実際に購入しなければならない電力量を制約量として設定した（Ｓ１１０３）上で、再度、最適調達量計算処理を行う（Ｓ１１０４）。この場合、前述した最適化問題の目的関数に対する制約条件に以下の（８），（９）式を追加する。
【００８４】
【数４】
【００８５】
この調達量算出処理によれば、調達先からの調達量の制約がある場合に、調達量制約を考慮した上で最適な調達量を決定することができる。
【００８６】
［２−５．出力調整余力制約を考慮した調達量算出処理］
前述したように、本実施の最適調達計画作成部１０においては、予測された需要データを基に、各調達先からの調達量を決定するが、当日のオンラインでは、需要データの予測誤差や、急激な需要変動が起きる可能性があることから、予備力を確保する必要がある。例えば、需要変動が大きく変わるような時間帯（朝の負荷立ち上がり）については、大きく予備力を持たせる。逆に、負荷変動が比較的小さい時間帯（深夜帯）については、小さい予備力を持たせることで、出力調整可能な調達先を確保する。
【００８７】
具体的には、最適調達計画作成部１０による調達量算出処理を行う際に、前述した最適化問題の目的関数に対する制約条件に以下の（１０），（１１）式を追加する。
【００８８】
【数５】
【００８９】
この調達量算出処理によれば、需要予測の誤差や急激な需要変動に対応しなければならない等、負荷追従のために出力調整余力制約がある場合に、出力調整余力を確保した最適な調達量を決定することができる。
【００９０】
［２−６．需要家の負荷調整を考慮した調達量算出処理］
前述したように、本実施の最適調達計画作成部１０においては、需要予測システム３で予測された需要データ２１、すなわち、予め与えられた１つまたは複数の需要家の全負荷を需要データとして、需給バランス制約を満足するように、各調達先からの調達量を決定する。この場合、それぞれの需要家に対して、負荷調整が可能（契約電力に対して負荷を幾らかカットし、調達対象から外すことが可能）な契約を結んでいる場合には、その負荷調整を考慮した調達量算出処理を行うことができる。
【００９１】
電力小売事業者は、調達対象から外す負荷を何らかの手段により設定した場合には、その対象となる負荷の需要家に対してペナルティを支払うこととなる。この場合のペナルティは、調達対象から外す負荷に対して、例えば、単位コスト［円／ｋＷ］でコスト換算できるため、そのコスト換算したものを負荷調整コストとして調達量を算出することができる。
【００９２】
図１２は、このような負荷調整コストを考慮した場合の調達量算出処理の一例を示すフローチャートである。この図１２に示すように、まず、負荷調整をせずに、最適調達量計算処理を行った（Ｓ１２０１）後、負荷調整可能な需要家に対して、需要データの負荷を調整する（Ｓ１２０２）。この場合、カットする負荷に対するコスト換算は、例えば、図１３に示すように、カットする負荷によって価格が変動するような単位コストであってもよい。次に、このように負荷調整した需要データを用いて最適調達量計算処理を行い、調達コストに負荷調整コストを加算して得られた値を負荷調整後の調達コストとする（Ｓ１２０３）。
【００９３】
続いて、今回の負荷調整後の調達コストを負荷調整前の前回の調達コストと比較する（Ｓ１２０４）。前回の調達コストの方が安い場合（Ｓ１２０４のＹＥＳ）には、その前回の最適調達量計算処理で得られた調達量に決定して（Ｓ１２０５）、調達量算出処理を終了する。また、今回の負荷調整後の調整コストが前回より安い場合（Ｓ１２０４のＮＯ）には、Ｓ１２０２に戻り、調整コストが安くなる限り、Ｓ１２０２〜Ｓ１２０５の処理を繰り返す。なお、このＳ１２０４における調整コスト比較による終了判定は、人間系による判断も可能とし、終了判定が満足されていない場合でも、処理の終了は可能とする。
【００９４】
この調達量算出処理によれば、需要家の負荷調整が可能な場合に、負荷調整によるペナルティコストを考慮した上で最適な調達量を決定することができる。
【００９５】
［３．他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。例えば、前述した変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００９６】
また、前記実施形態においては、調達先が、自前発電機、相対取引、スポット市場、である場合について説明したが、本発明の調達先はこれに限定されるものではない。例えば、スポット市場が開設されておらず、電力会社による常時バックアップ契約が存在する場合には、前述した（１）式に示す目的関数におけるスポット市場の予想価格特性を常時バックアップ契約の契約価格特性で置き換えれば、同様に定式化可能である。
【００９７】
さらに、前記実施形態で示した最適調達計画作成装置の構成や処理手順は、一例にすぎず、調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出する限り、具体的な装置構成や処理手順は自由に変更可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出することにより、電力小売事業者が性質の異なる複数の調達先から電力を調達する場合において、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することの可能な、最適調達計画作成方法と装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施形態の最適調達計画作成装置が対象とする電力小売事業者による電力の調達、供給を示す概念図。
【図２】本発明を適用した実施形態の最適調達計画作成装置を示すブロック構成図。
【図３】図２に示す最適調達計画作成装置を実現するためのコンピュータシステムの一例を示すブロック図。
【図４】図２に示す最適調達計画作成装置における動作の概略を示すフローチャート。
【図５】図４に示す線形近似処理のサブルーチンの一例を示すフローチャート。
【図６】図５に示す線形近似処理において、単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数に近似するための具体的な手法を示す説明図。
【図７】図４に示す調達量算出処理のサブルーチンの一例を示すフローチャート。
【図８】図２に示す最適調達計画作成装置により得られる各調達先からの調達量の一例を示すタイムチャート。
【図９】調達コストが１次関数で与えられる調達先の増分単価と調達量の関係を示すグラフ。
【図１０】図４に示す調達量算出処理の変形例として、自前発電機の運転パターン制約を考慮する必要がない場合の一例を示すフローチャート。
【図１１】図４に示す調達量算出処理の変形例として、調達量制約を考慮した場合の一例を示すフローチャート。
【図１２】図４に示す調達量算出処理の変形例として、負荷調整コストを考慮した場合の一例を示すフローチャート。
【図１３】需要家の負荷調整を考慮した場合における、カットする負荷量と負荷調整コストとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…最適調達計画作成装置
２…伝送ライン
３…需要予測システム
４…伝送装置
５…マンマシン・インタフェース装置（ＭＭＩ）
１０…最適調達計画作成部
１１…自前発電機データ記憶手段
１２…相対取引データ記憶手段
１３…スポット市場データ記憶手段
１４…需要データ記憶手段
１５…出力データ記憶手段
１６…需要データ修正手段
２１…需要データ
２２…出力結果データ
１０１…線形近似手段
１０２…調達量算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力小売事業者が性質の異なる複数の調達先から電力を調達して需要家の負荷に対して供給する場合に、各調達先からの調達量を経済的に最適となるように決定するための最適調達計画作成方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電力市場自由化に伴い、電力小売事業者は、電力の調達先として、電力小売事業者自身の所有する発電機、発電事業者との相対取引、また、卸購入電力の公開取引の場であるスポット市場、等の性質の異なる複数の調達先から電力を調達する場合が多くなっている。複数の調達先からの調達量を経済的に最適となるように決定するためには、各調達先から電力を調達するために必要な調達コストを、それぞれ正確に算出することが不可欠であるが、この場合、調達先に応じて、電力を調達するための調達方法や調達コストの性質は異なってくる。この点について以下に説明する。
【０００３】
まず、電力小売事業者自身の所有する発電機を調達先とした場合、電力の調達方法は発電であるため、電力の調達コストは燃料費等の発電コストであり、発電出力の単調増加な凸関数で与えられる。また、相対取引やスポット市場等を調達先とした場合、電力の調達方法は購入であるため、電力の調達コストは電力購入コストである。
【０００４】
ここで、スポット市場における電力購入コストは、市場に共通の単位価格により一次関数で与えられる。これに対して、相対取引における電力購入コストは、個々の相対契約内容に応じてそれぞれ個別の関数で与えられるものであり、単調増加な凸関数で与えられる場合もあるが、単調増加な凹関数で与えられる場合もあり、さらに、凸関数と凹関数の両方を含む複数の関数で与えられる場合もある。
【０００５】
そして、このように調達コストの性質の異なる複数の調達先、すなわち、電力小売事業者自身の所有する発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場、等からの調達量を経済的に最適となるように決定するための最適化問題を考えた場合、目的関数は、各調達先からの調達量に応じた調達コストの合計となる。また、この最適化問題の制約条件は、調達量の合計と需要量とを一致させる需給バランス制約、各調達量の最大・最小制約、発電機の起動停止に関する運転パターン制約等となる。
【０００６】
このような最適化問題を解く場合には、例えば、発電コストの最小化を目的関数とした発電機の起動停止計画問題の解法（例えば、非特許文献１参照）を適用することが考えられる。この解法は、最小化すべきコストを２次関数等の凸関数で近似し、ラグランジュ緩和法を適用するものであり、コストが凸関数で与えられる限り、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮した、最適な発電出力を算出することができる。
【０００７】
しかし、前述したような最適化問題、すなわち、電力小売事業者自身の所有する発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場、等からの調達量を経済的に最適となるように決定するための最適化問題に関しては、前述したように、相対取引の調達コストは凹関数で与えられる場合があり、この場合に同じ解法を用いても、調達コストが最小となるような調達量を求めることはできない。
【０００８】
また、運用当日のオンライン制御等により経済的に調達量を決定する際に、最小化すべきコストが区分線形で且つ単調増加な凹関数で与えられる場合には、特許文献１に記載されているような経済負荷配分方法を適用することができる。しかし、この特許文献１の提案は、ある時刻における瞬間的なコスト最小化を目的としており、発電機の起動停止に関する運転パターン制約がある場合には不適合である。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００１−３９４３２８
【非特許文献１】
電気学会 電力・エネルギー部門電力系統技術委員会 新しい電力システム計画手法調査専門委員会、「新しい電力システム計画手法」、電気学会技術報告 第６４７号、１９９７年８月８日、ｐ．４５
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、電力小売事業者が自ら所有する発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場、等の性質の異なる複数の調達先から電力を調達する場合において、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合に、従来の手法では経済的に最適となる調達量を求めることができなかった。
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、電力小売事業者が性質の異なる複数の調達先から電力を調達する場合において、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することの可能な、最適調達計画作成方法と装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような目的を達成するために、調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して単調増加な凸関数とすることにより、ラグランジュ緩和法等を適用して、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮しながら、調達コストの合計が最小となるような調達量を算出できるようにしたものである。
【００１３】
なお、本発明において、重要な用語の定義は次の通りである。
「電力小売事業者」は、需要家の負荷に対して電力の供給、販売を行う事業者を意味する用語であるが、自ら所有する発電機により発電事業を行う事業者に限らず、自らは発電事業を行わない事業者も含む広い概念である。また、電力小売事業を業とする限り、他の電力小売事業者に対する電力卸売事業を兼業する事業者等も含む広い概念である。
【００１４】
「調達先」は、電力小売事業者が電力を調達するための各種の調達先を意味する用語であり、電力小売事業者自身の所有する発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場または常時バックアップ契約、等を含む広い概念である。
「調達コスト」は、調達先から電力を調達するために必要なコストを意味する用語である。
【００１５】
「相対取引」は、電力小売事業者とその電力小売事業者に対して電力を供給、販売する別の事業者との間における相対取引を意味する用語である。
「市場」は、電力卸売市場を意味する用語であるが、市場で決定される単位価格で電力を不特定の電力小売事業者に販売するスポット市場等の一般的に市場と呼ばれるものに限らず、常時バックアップ契約等のように調達コストが共通の単位価格により一次関数で与えられる全ての取引を含む広い概念である。
【００１６】
請求項１の発明は、コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、線形近似ステップと調達量算出ステップを含むことを特徴としている。ここで、線形近似ステップは、調達先の調達コストに関する調達先データに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の調達先がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似するステップである。また、調達量算出ステップは、調達先データと需要家の負荷に関する需要データに基づき、特定の調達先については近似により得られた１次関数の調達コストを使用し、かつ、それ以外の調達先については各調達先に応じた関数で与えられる調達コストを使用して、単数または複数の調達先からの調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出するステップである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１の発明を装置の観点から把握したものであり、コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成装置において、請求項１の発明における各ステップに対応する各機能を有する線形近似手段と調達量算出手段を備えたことを特徴としている。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項１、請求項８の発明をコンピュータプログラムの観点から把握したものであり、コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成用プログラムにおいて、請求項１の発明における各ステップに対応する線形近似機能と調達量算出機能をコンピュータに実現させることを特徴としている。
【００１９】
以上のような発明によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、その単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して単調増加な凸関数とすることができるため、ラグランジュ緩和法等を適用して、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮しながら、調達コストの合計が最小となるような調達量を算出することができる。したがって、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することができる。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１の電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、次のようにして調達先からの調達量を決定するステップを含むことを特徴としている。すなわち、このステップにおいては、各調達先からの調達量を算出する際に、当該調達先からの調達コストが１次関数または近似により得られた１次関数で与えられる場合において、その調達コストの増分単価（λ）と１次係数（ａ）とが同じになった場合に、予め与えられた需要家の負荷の合計と単数または複数の調達先からの調達量の合計が同じになるように、当該調達先からの調達量を決定する。
【００２１】
この発明によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、調達コストを１次関数で近似し、かつ、計算過程中においては増分単価（λ）の値に応じて当該調達先からの調達量を容易に求めることができるため、ラグランジュ緩和法においてラグランジュ定数の更新を行う際における発電機の起動停止状態の振動を減少させ、その結果、収束回数を減少させ、計算時間を短縮できる。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、調達コストが減少しなくなるまで逐次計算を繰り返すステップを含むことを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、調達コストを１次関数で近似し、ラグランジュ緩和法により調達量を算出する際に、計算過程中の現在の調達量に対して調達コストが減少しなくなるまで繰り返し計算を行うことによって、調達コストの最小化をより厳密に行うことができる。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかの電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、運転パターン制約を考慮する必要がない場合に各調達時刻における前記調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップを含むことを特徴としている。ここで、「運転パターン制約を考慮する必要がない場合」は、単数または複数の調達先が電力小売事業者自身の所有する発電機を含む場合であって、その発電機が調達期間内の全ての時間帯で起動停止に関して同じ状態を維持する場合、および、単数または複数の調達先が電力小売事業者自身の所有する発電機を含まない場合、のいずれかの場合である。
【００２５】
この発明によれば、電力小売事業者自身の所有する発電機の運転パターンや所有する発電機の有無に応じて、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮する必要がない場合には経済負荷配分計算のみを行うことで調達コストの最小化を行うことができるため、計算時間を短縮できる。
【００２６】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、単数または複数の調達先の中に、調達期間内に予め決められた調達量を調達しなければならない調達先がある場合に、その調達先から予め決められた以上の調達量を調達し、かつ、調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップ、を含むことを特徴としている。
【００２７】
この発明によれば、相対取引から購入する電力量に対して予め決められた電力量を購入しなければならない場合等、調達先からの調達量の制約がある場合に、調達量制約を考慮した上で最適な調達量を決定することができる。
【００２８】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかの電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、単数または複数の調達先からの調達量に対して、負荷追従のために出力調整余力を持たせる必要がある場合に、その出力調整余力を確保し、かつ、調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップ、を含むことを特徴としている。
【００２９】
この発明によれば、需要予測の誤差や急激な需要変動に対応しなければならない等、負荷追従のために出力調整余力制約がある場合に、出力調整余力を確保した最適な調達量を決定することができる。
【００３０】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかの電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、調達量算出ステップが、予め与えられた需要家の負荷の中に調整可能な負荷がある場合に、その負荷調整後の調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップ、を含むことを特徴としている。
【００３１】
以上のような発明によれば、需要家の負荷調整が可能な場合に、負荷調整によるペナルティコストを考慮した上で最適な調達量を決定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下には、本発明を適用した最適調達計画作成装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００３３】
［１．基本的な実施形態］
［１−１．基本的な構成］
図１は、本実施形態の最適調達計画作成装置が対象とする電力小売事業者による電力の調達、供給を示す概念図である。本実施形態の最適調達計画作成装置は、電力小売事業者が各時間帯に需要家である顧客に供給・販売すべき電力に対して、電力小売事業者自身の所有する自前発電機、発電事業者との相対取引、スポット市場、等の種々の調達先から調達コストが最小となるような調達量の組み合わせを求めるものである。
【００３４】
この場合、各調達先については、相対取引やスポット市場から各時間帯にどれだけの電力を購入すべきか、また、電力小売事業者自身の所有する自前発電機においては各時間帯にどれだけの電力を出力すべきか、等を決定することになる。その際、自前発電機においては、各時間帯の起動停止も考えた上での最適な調達量を決定することになる。
【００３５】
図２は、本実施形態の最適調達計画作成装置を示すブロック構成図であり、最適調達計画作成装置１は、伝送ライン２を通じて需要予測システム３と通信するようになっている。ここで、需要予測システム３は、予め与えられた１つまたは複数の需要家について、各時間帯毎の需要家の全負荷を予測するシステムであり、この需要予測システム３で予測された需要データ２１が、伝送ライン２を通じて最適調達計画作成装置１に送信されるようになっている。
【００３６】
最適調達計画作成装置１は、需要予測システム３から送信された需要データ２１を受信する伝送装置４と、オペレータにより必要な指示情報を入力したり、オペレータに対して処理途中や処理結果を表示したりするためのマンマシン・インタフェース装置（ＭＭＩ）５を備えている。
【００３７】
最適調達計画作成装置１本体は、最適調達計画作成部１０、自前発電機データ記憶手段１１、相対取引データ記憶手段１２、スポット市場データ記憶手段１３、需要データ記憶手段１４、出力データ記憶手段１５、需要データ修正手段１６、等から構成されている。以下には、この最適調達計画作成装置１の各部について説明する。
【００３８】
自前発電機データ記憶手段１１、相対取引データ記憶手段１２、スポット市場データ記憶手段１３は、各調達先の調達コストに関する調達先データを保存する手段であり、需要データ記憶手段１４は、需要予測システム３から受信した需要データ２１を保存する手段である。
【００３９】
このうち、自前発電機データ記憶手段１１は、電力小売事業者が所有する自前発電機の燃料費特性、起動費特性、最大出力、最小出力、運転パターン（最小運転時間、最小停止時間、起動停止パターン）、その他必要なデータを保存している。また、相対取引データ記憶手段１２は、相対取引による電力取引価格特性、最大購入量、最小購入量、その他必要なデータを保存している。さらに、スポット市場データ記憶手段１３は、スポット市場による予想価格特性、最大購入量、最小購入量、その他必要なデータを保存している。
【００４０】
最適調達計画作成部１０は、最適調達計画作成装置１のメインとなる部分であり、自前発電機データ記憶手段１１、相対取引データ記憶手段１２、スポット市場データ記憶手段１３に保存された各調達先の調達コストに関する調達先データと、需要データ記憶手段１４に保存された需要データ２１とに基づき、調達コストが最小となるように調達量を決定するようになっている。この最適調達計画作成部１０は、線形近似手段１０１と調達量算出手段１０２を備えている。
【００４１】
線形近似手段１０１は、相対取引データ記憶手段１２に保存された相対取引の調達コストに関するデータに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の相対取引がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似する手段である。
【００４２】
調達量算出手段１０２は、自前発電機データ記憶手段１１、相対取引データ記憶手段１２、スポット市場データ記憶手段１３に保存された各調達先の調達コストに関するデータと、線形近似手段１０１で近似により得られた１次関数の調達コストと、需要データ記憶手段１４に保存された需要データ２１とに基づき、各調達先からの調達量を算出する手段である。
【００４３】
この場合、調達量算出手段１０２は、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の相対取引については線形近似手段１０１で近似により得られた１次関数の調達コストを使用し、それ以外の調達先については、各記憶手段１１〜１３に保存された各調達先の調達コストに関するデータに基づき、各調達先に応じた関数で与えられる調達コストを使用する。
【００４４】
一方、出力データ記憶手段１５は、最適調達計画作成部１０の出力結果データ２２を保存する手段である。また、需要データ修正手段１６は、出力データ記憶手段１５に保存されている出力結果データ２２を基に、需要データ２１を修正する手段である。
【００４５】
なお、図３は、図２に示す最適調達計画作成装置１を実現するためのコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。このコンピュータシステムにおいて、３０１は、ＣＰＵ３０２、主メモリ３０３、メモリ３０４、等を備えた計算機であり、この計算機３０１の主メモリ３０３上に記録された処理プログラムにより、計算機３０１を、図２に示すような最適調達計画作成装置１として動作させるようになっている。すなわち、処理プログラムにより、ＣＰＵ３０２と主メモリ３０３を、最適調達計画作成部１０、需要データ修正手段１６として動作させると共に、メモリ３０４を、記憶手段１１〜１５として動作させる。
【００４６】
また、計算機３０１には、記録媒体３０５にプログラムを記録する記録媒体書込み装置３０６が、汎用のＳＩＣＩ等のケーブル３０７等で接続されており、主メモリ３０３に記録された処理プログラムを記録媒体書込み装置３０６により任意に記録媒体３０５に記録できるようになっている。これにより、記録媒体３０５あるいは記録媒体３０５から書込まれた別の記録媒体を用いて、別の計算機でも同じ処理プログラムを実行できるようになっている。
【００４７】
［１−２．最適化問題］
以上のような最適調達計画作成装置１において、その最適調達計画作成部１０にて解かれる最適化問題の目的関数は、次の（１）式に示すように、各調達先からの調達量に応じた調達コストの合計となる。
【００４８】
【数１】
また、この最適化問題の目的関数に対する制約条件は、以下に示すように、調達量の合計と需要量とを一致させる需給バランス制約、各調達量の最大・最小制約、発電機の起動停止に関する運転パターン制約等となる。
【００５０】
【数２】
以上のように表現される最適化問題において、Ｐｉ ｇ（ｔ），Ｐｊ ｂ （ｔ），Ｐｍ （ｔ），は決定すべき調達量である。また、この調達量を決定するために用いられる各データのうち、Ｄ（ｔ）は、需要予測システム３から受信する需要データ２１であり、他のデータは、各記憶手段１１〜１３に保存された各調達先の調達コストに関する調達先データである。
【００５２】
すなわち、自前発電機ｉの燃料費特性、起動費特性、最大・最小出力、運転パターン（最小運転時間、最小停止時間、起動停止パターン）は、自前発電機データ記憶手段１１に、相対取引ｊの取引価格特性、最大・最小購入量は、相対取引データ記録手段１２に、スポット市場の予想価格特性、最大・最小購入量は、スポット市場データ記録手段１３に、それぞれ保存されている。
【００５３】
［１−３．全体の動作］
図４は、以上のような構成を有する本実施形態の最適調達計画作成装置１における動作の概略を示すフローチャートである。
【００５４】
この図４に示すように、需要予測システム３から送信された需要データ２１を伝送装置４により受信する毎（Ｓ４０１のＹＥＳ）に、需要データ記憶手段１４は、受信した需要データ２１を保存する（Ｓ４０２）。また、最適調達計画作成部１０は、最適な調達量を決定するために予め設定された所定の時刻または所定の周期毎（Ｓ４０３のＹＥＳ）に、記憶手段１１〜１４に保存されたデータに基づき、線形近似手段１０１による線形近似処理（Ｓ４０４）と調達量算出手段１０２による調達量算出処理（Ｓ４０５）を順次行い、調達コストが最小となるように調達量を決定する。なお、このような最適調達計画作成部１０による処理内容は、ＭＭＩ５によりオペレータに対して処理途中で適宜表示される。
【００５５】
そして、最適調達計画作成部１０により各調達先からの最適な調達量が決定されると、その結果は、ＭＭＩ５によりオペレータに対して表示されると共に、出力結果データ２２として出力データ記憶手段１５により保存される（Ｓ４０６）。なお、最適調達計画作成部１０により、需要家の負荷調整後の調達コスト合計が最小となるようにして調達量が決定された場合等、需要データの修正が必要な場合（Ｓ４０７のＹＥＳ）には、出力データ記憶手段１５は、出力結果データ２２を需要データ修正手段１６に渡し、需要データ修正手段１６は、需要データ記憶手段１４から需要データを読み出して必要な修正を加え、再び需要データ記憶手段１４に保存する（Ｓ４０８）。
【００５６】
［１−４．線形近似処理］
図５は、図４に示す動作のうち、最適調達計画作成部１０の線形近似手段１０１による線形近似処理（Ｓ４０４）のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００５７】
図５に示すように、線形近似処理において、線形近似手段１０１は、相対取引データ記憶手段１２に保存された相対取引の調達コストに関するデータに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる相対取引があるか否かを判断する（Ｓ５０１）。単調増加な凹関数を含む関数で与えられる相対取引がない場合（Ｓ５０１のＮＯ）には、線形近似処理を終了して図４に示す調達量算出処理（Ｓ４０５）に進む。また、単調増加な凹関数を含む関数で与えられる相対取引がある場合（Ｓ５０１のＹＥＳ）には、さらに、相対取引の調達コストが全て単調増加な凹関数で与えられるか否かを判断する（Ｓ５０２）。
【００５８】
相対取引の調達コストが全て単調増加な凹関数で与えられる場合（Ｓ５０２のＹＥＳ）には、相対取引の調達コストを全て１次関数で近似する（Ｓ５０３）。また、相対取引の調達コストが全て単調増加な凹関数で与えられない場合、すなわち、単調増加な凸関数と単調増加な凹関数で与えられた場合（Ｓ５０２のＮＯ）には、その単調増加な凹関数のみに対して調達コストを１次関数で近似する（Ｓ５０４）。そして、調達コストを近似した後は、線形近似処理を終了して図４に示す調達量算出処理（Ｓ４０５）に進む。
【００５９】
図６は、単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数に近似するための具体的な手法を示す説明図である。この図６に示すように、特定の相対取引の調達コストが単調増加な凹関数（例えば、上に凸な２次関数）で与えられる場合には、その相対取引における最小購入量での調達コスト（Ｘｍｉｎ，Ｙｍｉｎ）と、最大購入量での調達コスト（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）の２点を通るように線形近似することにより、調達コストを１次関数で近似することができる。なお、図６の６０１は、近似前の連続的でかつ単調増加な凹関数であり、６０２は近似後の１次関数である。
【００６０】
図６においては、調達コストが連続的でかつ単調増加な凹関数で与えられる場合について示したが、調達コストが区分線形でかつ単調増加な凹関数で与えられる場合についても、同様に、最小・最大購入量での調達コストの２点を通るように線形近似することにより、調達コストを１次関数で近似することができる。
【００６１】
以上のような線形近似処理により、全ての調達コストが単調増加な凸関数で表されることになるため、続く調達量算出処理では、ラグランジュ緩和法等の既存の手法を適応することで、調達コストが最小となる調達量を決定することができる。
【００６２】
［１−５．調達量算出処理］
図７は、最適調達計画作成部１０の調達量算出手段１０２による調達量算出処理（Ｓ４０５）のサブルーチンの一例を示すフローチャートである。この図７に示す調達量算出処理は、既存の手法として、特にラグランジュ緩和法を適用した場合の一例を示している。
【００６３】
図７に示すように、調達量算出処理において、調達量算出手段１０２はまず、ラグランジュ定数と各調達量の初期値を設定する（Ｓ７０１）。次に、動的計画（ＤＰ）法を用いて、各調達先毎に調達コストを最小にする調達状態（起動停止状態）、を求める（Ｓ７０２）。この場合、自前発電機においては、最小運転時間、最小停止時間、起動停止パターン等の運転パターン制約も考慮する。次に、各調達先毎に、調達コストを最小にする調達状態の調達量を求める（Ｓ７０３）。この場合、各調達先毎の最大・最小（最大・最小購入量）制約を考慮する。
【００６４】
各調達先毎に得られた調達量について、需給バランス制約のチェックを行ない（Ｓ７０４）、制約を満足している場合（Ｓ７０４のＹＥＳ）には、調達量算出処理を終了して図４に示す結果出力・保存処理（Ｓ４０６）に進む。また、需給バランス制約を満足していない（Ｓ７０４のＮＯ）には、各制約に応じてラグランジュ定数を更新した（Ｓ７０５）後、Ｓ７０２に戻る。
【００６５】
［１−６．基本的な作用効果］
上記のように、本実施形態によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、その単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して単調増加な凸関数とすることができるため、ラグランジュ緩和法等の既存の手法を適用して、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮しながら、調達コストの合計が最小となるような調達量を算出することができる。したがって、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することができる。
【００６６】
なお、図８は、本実施形態の最適調達計画作成装置１により得られる各調達先からの調達量の一例を示すタイムチャートである。この図８に示す例の場合、自前発電機においては、最小運転時間、最小停止時間、起動停止パターン、等の運転パターン制約、すなわち、時間的な制約があるため、その調達コストを最小にする調達量を求めるためには、ラグランジュ緩和法等を採用することになる。これに対し、相対取引やスポット市場においては、運転パターン制約のような時間的な制約がないため、その調達コストを最小にする調達量を求めるためにはラムダ反復法や増分法等を採用することができる。本実施形態は、このように、時間的な制約の異なる複数の調達先に対して、線形近似とラグランジュ緩和法を採用することにより、各調達先毎に異なる制約をそれぞれ考慮した最適な調達量を決定することができるものである。
【００６７】
［２．調達量算出処理の変形例］
［２−１．増分単価に応じた調達量算出処理］
前述したように、本実施形態の最適調達計画作成部１０により調達量算出処理を行う際には、図７に示すように、ラグランジュ定数を更新しながら制約を満足するまで繰り返し計算を行うことになる。この場合に、調達コストを１次関数で近似したものや、調達コストが卸購入電力の単位価格（１次関数）で与えられるものをそのまま適用すると、繰り返しによる収束計算を行う際に、自前発電機の起動停止状態が振動する可能性がある。
【００６８】
このような起動停止状態の振動を抑制するために、調達量を算出するための計算過程においては、以下のようにして、増分単価（λ）の値によって調達量を求める。すなわち、調達コストが（６）式に示すような１次関数で与えられる調達先の増分単価（λ）は、（７）式に示すように定数（１次係数）となり、調達量と増分単価の関係は図９のようになる。
【００６９】
【数３】
図９から、λ＞ａでは、調達量は最大購入量（Ｐｍａｘ）、λ＜ａでは、調達量は最小購入量（Ｐｍｉｎ）となる。また、λ＝ａとなった場合は、調達量が幾らでも増分単価（λ）は一定となるので、需給バランスが取れるように需要データから他の調達量を差し引いた値を、その調達先の調達量に設定する。
【００７１】
この調達量算出処理によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、調達コストを１次関数で近似し、かつ、計算過程中においては増分単価（λ）の値に応じて当該調達先からの調達量を容易に求めることができる。そのため、ラグランジュ緩和法においてラグランジュ定数の更新を行う際における発電機の起動停止状態の振動を減少させ、その結果、収束回数を減少させ、計算時間を短縮できる。
【００７２】
［２−２．増分単価を用いた繰り返し計算による調達量算出処理］
前述したように、本実施形態の最適調達計画作成部１０により調達量算出処理を行う際に、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられた場合には、調達コストを１次関数に近似することで、ラグランジュ緩和法を適用できる。しかし、調達コストとして１次関数に近似したものを単純に使用した場合には、実際の調達コスト（近似する前の原関数）とは誤差が生じ、厳密なコスト最小化を行うことはできない。
【００７３】
そこで、より厳密なコスト最小化を行うために、調達量算出処理におけるＳ７０３（図７）で各調達先からの調達量を決定する際に、現在の調達量（計算過程中の調達量）に対して、調達量を上げる方向での増分単価（上げ増分単価）または調達量を下げる方向での増分単価（下げ増分単価）を用いて、調達コストが減少しなくなるまで繰り返し計算を行う。
【００７４】
調達量算出処理において各調達先からの調達量を決定する際（図７のＳ７０３）に、このような増分単価を用いた繰り返し計算を行うことにより、ある時刻での瞬間的な調達コストの最小化を行うことができ、かつ、ラグランジュ定数を更新しながら、各調達先の状態決定、調達量決定、需給バランスチェックを繰り返す（図７のＳ７０２〜Ｓ７０５）ことにより、調達時間帯全てに亘って調達コストの最小化を行うことができる。
【００７５】
この調達量算出処理によれば、調達コストが調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる場合に、調達コストを１次関数で近似し、ラグランジュ緩和法により調達量を算出する際に、計算過程中の現在の調達量に対して調達コストが減少しなくなるまで繰り返し計算を行うことによって、調達コストの最小化をより厳密に行うことができる。
【００７６】
［２−３．運転パターン制約を考慮する必要がない場合の調達量算出処理］
前述したように、本実施形態の最適調達計画作成部１０により調達量算出処理を行う際には、ラグランジュ緩和法を適用することで、自前発電機の運転パターンを考慮することができるが、自前発電機の運転パターン制約を考慮する必要がない場合もありうる。
【００７７】
すなわち、本実施形態の最適調達計画作成装置１によれば、自前発電機、相対取引、スポット市場、という３種類の調達先がある場合に最適調達計画を求めることができるが、本実施形態は、何れか１種類または２種類の調達先がある場合、例えば、電力小売事業者が自前発電機を１機も所有してない場合にも同様に最適調達計画を求めることができる。
【００７８】
このように、電力小売事業者が自前発電機を１台も所有してない場合には、自前発電機の運転パターン制約を考慮する必要がない。また、電力小売事業者が自前発電機を所有している場合であっても、自前発電機が調達期間内の全ての時間帯において起動している場合、若しくは停止している場合には、同様に、運転パターン制約を考慮する必要がないため、各調達時刻毎に調達コストの最小化を行なえばよいということになる。このような場合には、ラグランジュ緩和法による最適化ではなく、ラムダ反復法や増分法等の既存の経済負荷配分計算を適応することで、調達コストを最小化でき、計算時間を短縮できる。
【００７９】
図１０は、このような、自前発電機の運転パターン制約を考慮する必要がない場合の調達量算出処理の一例を示すフローチャートである。この図１０に示すように、自前発電機が調達期間内の全ての時間帯において同じ状態を維持する場合、もしくは、自前発電機が１台もない場合（Ｓ１００１のＹＥＳ）には、経済負荷配分により最適な調達量を計算し（Ｓ１００２）、そうでない場合（Ｓ１００１のＮＯ）は、ラグランジュ緩和法により最適な調達量を計算する（Ｓ１００３）。この場合、Ｓ１００３の「最適調達量計算処理」は、図７に示すＳ７０１〜Ｓ７０５の処理に相当する。
【００８０】
この調達量算出処理によれば、電力小売事業者自身の所有する発電機の運転パターンや所有する発電機の有無に応じて、発電機の起動停止に関する運転パターン制約を考慮する必要がない場合には経済負荷配分計算のみを行うことで調達コストの最小化を行うことができるため、計算時間を短縮できる。
【００８１】
なお、これ以降の説明において、用語「調達量算出処理」は、各調達先からの調達量を算出するための全体の処理を示すために使用し、用語「最適調達量計算処理」は、その「調達量算出処理」中に含まれる基本的な計算処理、すなわち、図７のＳ７０１〜Ｓ７０５に示すようなラグランジュ緩和法による基本的な計算処理を示すために使用する。
【００８２】
［２−４．調達量制約を考慮した調達量算出処理］
相対取引においては、購入する電力量に対して予め決められた電力量を調達（購入）することを契約内容に含める場合もある。図１１は、このような調達量制約を考慮した場合の調達量算出処理の一例を示すフローチャートである。この図１１に示すように、まず、調達量制約を設定せずに最適調達量計算処理を行った（Ｓ１１０１）後、得られた相対取引からの調達量（購入量）と、実際に購入しなければならない電力量（制約量）とを比較する（Ｓ１１０２）。
【００８３】
この場合に、得られた調達量の方が大きい場合（Ｓ１１０２のＹＥＳ）には、調達量制約を満たしているため、調達量算出処理をそのまま終了する。また、調達量よりも制約量の方が大きい場合（Ｓ１１０２のＮＯ）には、実際に購入しなければならない電力量を制約量として設定した（Ｓ１１０３）上で、再度、最適調達量計算処理を行う（Ｓ１１０４）。この場合、前述した最適化問題の目的関数に対する制約条件に以下の（８），（９）式を追加する。
【００８４】
【数４】
この調達量算出処理によれば、調達先からの調達量の制約がある場合に、調達量制約を考慮した上で最適な調達量を決定することができる。
【００８６】
［２−５．出力調整余力制約を考慮した調達量算出処理］
前述したように、本実施の最適調達計画作成部１０においては、予測された需要データを基に、各調達先からの調達量を決定するが、当日のオンラインでは、需要データの予測誤差や、急激な需要変動が起きる可能性があることから、予備力を確保する必要がある。例えば、需要変動が大きく変わるような時間帯（朝の負荷立ち上がり）については、大きく予備力を持たせる。逆に、負荷変動が比較的小さい時間帯（深夜帯）については、小さい予備力を持たせることで、出力調整可能な調達先を確保する。
【００８７】
具体的には、最適調達計画作成部１０による調達量算出処理を行う際に、前述した最適化問題の目的関数に対する制約条件に以下の（１０），（１１）式を追加する。
【００８８】
【数５】
この調達量算出処理によれば、需要予測の誤差や急激な需要変動に対応しなければならない等、負荷追従のために出力調整余力制約がある場合に、出力調整余力を確保した最適な調達量を決定することができる。
【００９０】
［２−６．需要家の負荷調整を考慮した調達量算出処理］
前述したように、本実施の最適調達計画作成部１０においては、需要予測システム３で予測された需要データ２１、すなわち、予め与えられた１つまたは複数の需要家の全負荷を需要データとして、需給バランス制約を満足するように、各調達先からの調達量を決定する。この場合、それぞれの需要家に対して、負荷調整が可能（契約電力に対して負荷を幾らかカットし、調達対象から外すことが可能）な契約を結んでいる場合には、その負荷調整を考慮した調達量算出処理を行うことができる。
【００９１】
電力小売事業者は、調達対象から外す負荷を何らかの手段により設定した場合には、その対象となる負荷の需要家に対してペナルティを支払うこととなる。この場合のペナルティは、調達対象から外す負荷に対して、例えば、単位コスト［円／ｋＷ］でコスト換算できるため、そのコスト換算したものを負荷調整コストとして調達量を算出することができる。
【００９２】
図１２は、このような負荷調整コストを考慮した場合の調達量算出処理の一例を示すフローチャートである。この図１２に示すように、まず、負荷調整をせずに、最適調達量計算処理を行った（Ｓ１２０１）後、負荷調整可能な需要家に対して、需要データの負荷を調整する（Ｓ１２０２）。この場合、カットする負荷に対するコスト換算は、例えば、図１３に示すように、カットする負荷によって価格が変動するような単位コストであってもよい。次に、このように負荷調整した需要データを用いて最適調達量計算処理を行い、調達コストに負荷調整コストを加算して得られた値を負荷調整後の調達コストとする（Ｓ１２０３）。
【００９３】
続いて、今回の負荷調整後の調達コストを負荷調整前の前回の調達コストと比較する（Ｓ１２０４）。前回の調達コストの方が安い場合（Ｓ１２０４のＹＥＳ）には、その前回の最適調達量計算処理で得られた調達量に決定して（Ｓ１２０５）、調達量算出処理を終了する。また、今回の負荷調整後の調整コストが前回より安い場合（Ｓ１２０４のＮＯ）には、Ｓ１２０２に戻り、調整コストが安くなる限り、Ｓ１２０２〜Ｓ１２０５の処理を繰り返す。なお、このＳ１２０４における調整コスト比較による終了判定は、人間系による判断も可能とし、終了判定が満足されていない場合でも、処理の終了は可能とする。
【００９４】
この調達量算出処理によれば、需要家の負荷調整が可能な場合に、負荷調整によるペナルティコストを考慮した上で最適な調達量を決定することができる。
【００９５】
［３．他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。例えば、前述した変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００９６】
また、前記実施形態においては、調達先が、自前発電機、相対取引、スポット市場、である場合について説明したが、本発明の調達先はこれに限定されるものではない。例えば、スポット市場が開設されておらず、電力会社による常時バックアップ契約が存在する場合には、前述した（１）式に示す目的関数におけるスポット市場の予想価格特性を常時バックアップ契約の契約価格特性で置き換えれば、同様に定式化可能である。
【００９７】
さらに、前記実施形態で示した最適調達計画作成装置の構成や処理手順は、一例にすぎず、調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出する限り、具体的な装置構成や処理手順は自由に変更可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、調達量に対して単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数で近似して調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出することにより、電力小売事業者が性質の異なる複数の調達先から電力を調達する場合において、凹関数で与えられる調達コストを含み、かつ、発電機の起動停止に関する運転パターン制約が存在するような場合であっても、経済的に最適となる調達量を決定することの可能な、最適調達計画作成方法と装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施形態の最適調達計画作成装置が対象とする電力小売事業者による電力の調達、供給を示す概念図。
【図２】本発明を適用した実施形態の最適調達計画作成装置を示すブロック構成図。
【図３】図２に示す最適調達計画作成装置を実現するためのコンピュータシステムの一例を示すブロック図。
【図４】図２に示す最適調達計画作成装置における動作の概略を示すフローチャート。
【図５】図４に示す線形近似処理のサブルーチンの一例を示すフローチャート。
【図６】図５に示す線形近似処理において、単調増加な凹関数で与えられる調達コストを１次関数に近似するための具体的な手法を示す説明図。
【図７】図４に示す調達量算出処理のサブルーチンの一例を示すフローチャート。
【図８】図２に示す最適調達計画作成装置により得られる各調達先からの調達量の一例を示すタイムチャート。
【図９】調達コストが１次関数で与えられる調達先の増分単価と調達量の関係を示すグラフ。
【図１０】図４に示す調達量算出処理の変形例として、自前発電機の運転パターン制約を考慮する必要がない場合の一例を示すフローチャート。
【図１１】図４に示す調達量算出処理の変形例として、調達量制約を考慮した場合の一例を示すフローチャート。
【図１２】図４に示す調達量算出処理の変形例として、負荷調整コストを考慮した場合の一例を示すフローチャート。
【図１３】需要家の負荷調整を考慮した場合における、カットする負荷量と負荷調整コストとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…最適調達計画作成装置
２…伝送ライン
３…需要予測システム
４…伝送装置
５…マンマシン・インタフェース装置（ＭＭＩ）
１０…最適調達計画作成部
１１…自前発電機データ記憶手段
１２…相対取引データ記憶手段
１３…スポット市場データ記憶手段
１４…需要データ記憶手段
１５…出力データ記憶手段
１６…需要データ修正手段
２１…需要データ
２２…出力結果データ
１０１…線形近似手段
１０２…調達量算出手段
Claims (9)
- コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成方法において、
前記調達先の調達コストに関する調達先データに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の調達先がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似する線形近似ステップと、
前記調達先データと前記需要家の負荷に関する需要データに基づき、前記特定の調達先については前記近似により得られた１次関数の調達コストを使用し、かつ、それ以外の調達先については各調達先に応じた関数で与えられる調達コストを使用して、前記単数または複数の調達先からの調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出する調達量算出ステップと、
を含むことを特徴とする電力小売事業者の最適調達計画作成方法。 - 前記調達量算出ステップは、
前記各調達先からの調達量を算出する際に、当該調達先からの調達コストが１次関数または前記近似により得られた１次関数で与えられる場合において、その調達コストの増分単価（λ）と１次係数（ａ）とが同じになった場合に、前記予め与えられた需要家の負荷の合計と前記単数または複数の調達先からの調達量の合計が同じになるように、当該調達先からの調達量を決定するステップを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の電力小売事業者の最適調達計画作成方法。 - 前記調達量算出ステップは、
調達コストが減少しなくなるまで逐次計算を繰り返すステップを含む、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力小売事業者の最適調達計画作成方法。 - 前記調達量算出ステップは、
前記単数または複数の調達先が前記電力小売事業者自身の所有する発電機を含む場合であって、その発電機が調達期間内の全ての時間帯で起動停止に関して同じ状態を維持する場合、および、
前記単数または複数の調達先が前記電力小売事業者自身の所有する発電機を含まない場合に、
各調達時刻における前記調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電力小売事業者の最適調達計画作成方法。 - 前記調達量算出ステップは、
前記単数または複数の調達先の中に、調達期間内に予め決められた調達量を調達しなければならない調達先がある場合に、その調達先から予め決められた以上の調達量を調達し、かつ、前記調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電力小売事業者の最適調達計画作成方法。 - 前記調達量算出ステップは、
前記単数または複数の調達先からの調達量に対して、負荷追従のために出力調整余力を持たせる必要がある場合に、その出力調整余力を確保し、かつ、前記調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電力小売事業者の最適調達計画作成方法。 - 前記調達量算出ステップは、
前記予め与えられた需要家の負荷の中に調整可能な負荷がある場合に、その負荷調整後の前記調達コスト合計が最小となるように調達量を算出するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電力小売事業者の最適調達計画作成方法。 - コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成装置において、
前記調達先の調達コストに関する調達先データに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の調達先がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似する線形近似手段と、
前記調達先データと前記需要家の負荷に関する需要データに基づき、前記特定の調達先については前記近似により得られた１次関数の調達コストを使用し、かつ、それ以外の調達先については各調達先に応じた関数で与えられる調達コストを使用して、前記単数または複数の調達先からの調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出する調達量算出手段と、
を備えたことを特徴とする電力小売事業者の最適調達計画作成装置。 - コンピュータを利用して、単数または複数の調達先からの調達量を、予め与えられた需要家の負荷に対して調達コストが最小となるように決定する電力小売事業者の最適調達計画作成用プログラムにおいて、
前記調達先の調達コストに関する調達先データに基づき、調達コストが単調増加な凹関数を含む関数で与えられる特定の調達先がある場合に、その単調増加な凹関数に対して調達コストを１次関数で近似する線形近似機能と、
前記調達先データと前記需要家の負荷に関する需要データに基づき、前記特定の調達先については前記近似により得られた１次関数の調達コストを使用し、かつ、それ以外の調達先については各調達先に応じた関数で与えられる調達コストを使用して、前記単数または複数の調達先からの調達コスト合計が最小となるように各調達先からの調達量を算出する調達量算出機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする電力小売事業者の最適調達計画作成用プログラム。
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| JP2003053768A JP2004266924A (ja) | 2003-02-28 | 2003-02-28 | 電力小売事業者の最適調達計画作成方法と装置、そのためのプログラム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2013032026A1 (ja) * | 2011-08-30 | 2015-03-23 | 日本電気株式会社 | システムの制御方法およびシステム |
| JP2016038795A (ja) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | 中国電力株式会社 | 電力需要量抑制支援装置、電力需要量抑制支援方法およびプログラム |
| JP2016134939A (ja) * | 2015-01-15 | 2016-07-25 | 株式会社日立製作所 | 電力取引管理システムおよび電力取引管理方法 |
-
2003
- 2003-02-28 JP JP2003053768A patent/JP2004266924A/ja active Pending
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