JP2007199862A - Energy demand predicting method, predicting device, program and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、家庭等におけるエネルギー需要を予測する装置および方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and method for predicting energy demand in a home or the like.
燃料電池等の分散エネルギー装置を用いて、電力や熱負荷等のエネルギー需要へ供給するシステムにおいては、特許文献1に記載されているシステムおよび制御方法のように、電力や熱負荷需要の予測を行ない、それらの予測値を用いて算出した最適な運用計画に基づいて分散エネルギー装置の制御を行なう方法がある。家庭用燃料電池の制御においても、エネルギー需要の予測値を算出し、最適計画に基づき運転制御を行なうことにより、効率的あるいは経済的な運転を行なうことができる。
In a system for supplying energy demand such as electric power and heat load using a distributed energy device such as a fuel cell, prediction of electric power and heat load demand is performed as in the system and control method described in
一般家庭における世帯別の電力/給湯等のエネルギー需要は、需要家の不規則な生活行動に依存するため、精度の良い予測は困難である。給湯需要は、需要が全く無い時間帯が多く単発的に需要ピークが発生するため、さらに予測が困難である。しかしながら通常貯湯槽が設置されるため、給湯需要積算値の予測誤差が少なければ、給湯需要が最適運転に与える影響は少ない。 The demand for energy such as electric power / hot water supply for each household in a general household depends on the irregular living behavior of the consumer, so it is difficult to predict with high accuracy. The demand for hot water supply is more difficult to predict because there are many times when there is no demand and a demand peak occurs once. However, since a normal hot water storage tank is installed, if the prediction error of the hot water supply integrated value is small, the influence of the hot water supply demand on the optimum operation is small.
従来、大規模な地域を対象とする電力需要については、重回帰分析やニューラルネットワークを用いた予測方法がある。重回帰分析は、予測値の演算を高速に行なうことができ、予測方法として確立されつつあり、様々な予測モデルとして広く普及している。一方、ニューラルネットワークは、非線形特性を持つことから複雑な時系列データの予測モデルとして提案され、その有効性が示されている。
上述した単発的な需要パターンとなる給湯需要については、連続式で近似したり回帰モデル式に当てはめたりすることは困難である。また、一般家庭における世帯別のエネルギー需要は需要家の生活行動に大きく依存するため、ニューラルネットワークでは不規則な生活パターンとなったときのサンプルデータにオーバーフィッティングしてしまう等の問題もある。 About the hot water supply demand which becomes the single demand pattern mentioned above, it is difficult to approximate by a continuous type, or to apply to a regression model type | formula. In addition, since the energy demand for each household in a general household greatly depends on the living behavior of the consumer, there is a problem that the neural network is overfitted with sample data when the lifestyle pattern becomes irregular.
本発明の目的は、単発的な需要パターンにも対応でき、需要家の不規則な行動を考慮したエネルギー需要予測方法および予測装置を提供するものである。 An object of the present invention is to provide an energy demand prediction method and a prediction device that can cope with a single demand pattern and take into account the irregular behavior of consumers.
上記の目的を達成するため、本発明は、気象情報と、カレンダー情報と、予測対象時間帯に対して過去の特定時間帯における実績需要量とを説明変数とし、予測時点から特定時間経過後の需要量積算値を目的変数とする、前記目的変数における特定時間が時系列に設定された予測モデルを構成し、前記予測モデルにおいて過去一定期間における前記説明変数と前記目的変数のデータからなるサンプルデータを用いて説明変数と目的変数との関係を解析し、解析済みの予測モデルに予測対象日時における説明変数のデータを入力して得られる目的変数の値を特定時間経過後の需要量積算値の予測値とすることにより、特定時間経過後の需要量積算値の推移を予測することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention uses weather information, calendar information, and actual demand in the past specific time period as an explanatory variable with respect to the prediction target time period, and after a specific time has elapsed from the prediction time point. Sample data consisting of the explanatory variable and the data of the objective variable in the past fixed period in the prediction model, comprising a prediction model in which the specific time in the objective variable is set in time series, with the demand amount integrated value as the objective variable Is used to analyze the relationship between the explanatory variable and the objective variable, and the value of the objective variable obtained by inputting the explanatory variable data at the prediction target date and time into the analyzed prediction model It is characterized by predicting the transition of the demand integrated value after elapse of a specific time by using the predicted value.
本発明によれば、需要量積算値の推移を予測対象とするため、燃料電池および貯湯槽を有するシステムにおける給湯需要予測においては、燃料電池の最適運転に影響が少ない誤差となる予測を行なうことができる。 According to the present invention, since the transition of the demand amount integrated value is targeted for prediction, in hot water supply demand prediction in a system having a fuel cell and a hot water tank, a prediction that has an error that has little influence on the optimal operation of the fuel cell is performed. Can do.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のエネルギー需要予測装置を用いたエネルギー制御装置と需要家の構成を示している。本実施形態は、通信線で互いに接続されたエネルギー制御装置1と需要家2から構成される。需要家2は電力需要21と貯湯槽22と給湯需要23と燃料電池24を含み、燃料電池24は電力線によって電力系統3と接続されている。エネルギー制御装置1は、気象情報受信部13とエネルギー需要計測部14とデータベース15と予測モデル演算部16から構成されるエネルギー需要予測装置11および最適運転計画作成部12等から構成される。気象情報受信部13は、気温および天候等の予報や実績を受信し、データベース15に蓄積する。エネルギー需要計測部14は、電力需要および給湯需要を計測し、データベース15に蓄積する。予測モデル演算部16は、気象情報とエネルギー需要のデータベース15から、電力および給湯需要を予測するもので、予測モデル構成部16Aと予測モデル解析部16Bと需要量積算値予側部16Cを含む。最適運転計画作成部12は、予測モデル演算部16で作成された予測値を用いて、エネルギーコストが最小となる燃料電池24の運転パターンを作成する。この運転パターンに基づいて、燃料電池24の起動停止および出力制御を行なう。需要予測および最適運転計画は、開始時間をずらしながら一定時間毎に実施することによって、予測のずれに対応して計画を修正し、最適制御を行なうことができる。
FIG. 1 shows the configuration of an energy control device and a consumer using the energy demand prediction device of the present invention. This embodiment is comprised from the
次に、エネルギー需要予測の概略フローを、図2を参照して説明する。 Next, an outline flow of energy demand prediction will be described with reference to FIG.
まず、予測モデル構成部16Aにおいて、対象とする日時や用いるサンプルデータの期間等の予測条件を読み取り、データベース15から回帰分析や学習に用いるサンプルデータを作成し(ステップ101)、予測条件から決定される予測モデルを構成して初期化処理を行なう(ステップ102)。
First, the prediction
次に、予測モデル解析部16Bにおいて、まず、前記予測モデルと全てのサンプルデータを用いて、回帰分析やニューラルネットワークの学習により解析済みの基本予測モデルを作成し(ステップ103)、次にサンプルデータの選別処理の後予測モデルを再度解析することによる、予測モデルの修正処理を繰り返し行ない、予測モデルを決定する(ステップ104〜107)。この詳細については実施形態を示して後述する。
Next, in the prediction
最後に、需要量積算値予測部16Cにおいて、解析済み予測モデルに、予測対象の時間帯に対応する気象情報、カレンダー情報および需要データを入力し、各時間経過後までの需要予測量積算値を算出する(ステップ108)。これらの値から、時系列の需要量積算値の推移が予測される(ステップ109)。また、前時間の予測値を減算することにより、各時間帯の需要量である時系列予測値を作成する。
Finally, in the demand amount integrated
図3に、本実施形態における給湯需要予測を行なう予測モデルの第1の例を示す。本実施形態においては、予測期間の開始時から一定時間(3時間、6時間、・・・24時間)経過後までの需要量である目的変数1個の予測モデルを複数用いて、24時間後までの需要積算値の推移を予測する。目的変数が一つであるため、重回帰モデルを用いてもよいし、ニューラルネットワークを用いることもできる。図3に示すように、説明変数は、カレンダー情報、気象情報、予測対象時間帯以前の需要量実績値からなる。カレンダー情報としては、予測対象日が休日である場合に0を1にするフラグ等である。気象情報の例として、予測対象日の平均気温としているが、その他最高/最低気温を用いてもよく、また湿度や天候に関する情報を追加してもよい。予測対象時間帯以前の需要量実績値の例として、予測対象時間帯の直前3時間の需要データ、同様に直前6時間、直前12時間、直前24時間の需要データを用いている。以上の説明変数と目的変数に相当するサンプルデータをデータベース15から作成し、回帰分析あるいはニューラルネットワークの学習による解析を実施する。
In FIG. 3, the 1st example of the prediction model which performs the hot water supply demand prediction in this embodiment is shown. In the present embodiment, 24 hours later using a plurality of prediction models with one objective variable, which is a demand amount from the start of the prediction period until a certain time (3 hours, 6 hours,... 24 hours) has elapsed. Predict the trend of accumulated demand up to Since there is one objective variable, a multiple regression model may be used, or a neural network may be used. As shown in FIG. 3, the explanatory variable includes calendar information, weather information, and a demand actual value before the prediction target time zone. The calendar information includes a flag that sets 0 to 1 when the prediction target day is a holiday. As an example of the weather information, the average temperature on the prediction target day is used, but other maximum / minimum temperatures may be used, and information on humidity and weather may be added. As an example of the demand amount actual value before the prediction target time zone, the demand data for 3 hours immediately before the prediction target time zone, as well as the demand data for the previous 6 hours, the previous 12 hours, and the previous 24 hours are used. Sample data corresponding to the above explanatory variables and objective variables is created from the
図4に、ニューラルネットワークを用いて需要予測を行なう予測モデルの第2の例を示す。本予測モデルにおいては、予測期間の開始時から一定時間(3時間、6時間、・・・24時間)後までの需要量である目的変数が8個の予測モデルを構成し、24時間後までの需要積算値の推移を予測する。説明変数は、カレンダー情報、気象情報、予測対象時間帯以前の需要量実績値からなる。カレンダー情報としては、予測対象日が休日フラグの他に、各曜日であるフラグを設けている。以上の説明変数と目的変数に相当するサンプルデータをデータベース15から作成し、ニューラルネットワークの学習を実施する。学習された予測モデルから、3時間経過毎の需要量積算値が算出され、各時間帯の需要量予測値が得られる。
FIG. 4 shows a second example of a prediction model that performs demand prediction using a neural network. In this prediction model, the objective variable, which is the amount of demand from the beginning of the prediction period to a certain time (3 hours, 6 hours,... 24 hours), constitutes 8 prediction models, and until 24 hours later. Predict the trend of accumulated demand. The explanatory variable includes calendar information, weather information, and a demand actual value before the prediction target time zone. As the calendar information, in addition to the holiday flag, a flag whose day to be predicted is each day of the week is provided. Sample data corresponding to the above explanatory variables and objective variables is created from the
以上説明した予測モデルにおける説明変数や目的変数において特定する時間幅や時間刻み等は上述した時間に限らず、必要に応じて自由に設定することができる。 The time width and time increment specified in the explanatory variable and the objective variable in the prediction model described above are not limited to the time described above, and can be freely set as necessary.
次に、サンプルデータの選別処理を用いた予測モデルの修正方法に関する実施形態を示して説明する。 Next, an embodiment related to a prediction model correction method using sample data selection processing will be described and described.
図5に、サンプルデータの選別方法と予測モデルの修正方法の第1の例を示す。各サンプルデータにおける目的変数の実績値に対する解析済みの予測モデルによる目的変数の計算値との誤差率を算出する(ステップ201)。この誤差率が最大のサンプルデータを除外して(ステップ202)、再度予測モデルの学習あるいは回帰分析による解析を行なう(ステップ203)。以上の処理を終了条件が満たされるまで繰り返す(ステップ204)。終了条件の詳細については後述する。 FIG. 5 shows a first example of a sample data selection method and a prediction model correction method. An error rate is calculated between the actual value of the objective variable in each sample data and the calculated value of the objective variable based on the analyzed prediction model (step 201). The sample data with the maximum error rate is excluded (step 202), and the prediction model is analyzed again or analyzed by regression analysis (step 203). The above processing is repeated until the end condition is satisfied (step 204). Details of the termination condition will be described later.
図6に、サンプルデータの選別方法と予測モデルの修正方法の第2の例を示す。サンプルデータのうち一つを暫定的に除外して、予測モデルの解析を繰り返し行なう(ステップ301)。全てのケースについてサンプルデータにおける目的変数の実績値と解析された予測モデルによる目的変数の計算値との相関係数を演算する(ステップ302、303)。相関係数が最大となったサンプルデータのセットになるように除外処理を行なう(ステップ304)。以上を終了条件が満たされるまで繰り返す(ステップ305)。本実施形態は、繰り返しが多くなるため、高速に処理することができる重回帰分析による予測モデルが適している。
FIG. 6 shows a second example of the sample data selection method and the prediction model correction method. One of the sample data is provisionally excluded, and the prediction model is analyzed repeatedly (step 301). For all cases, the correlation coefficient between the actual value of the objective variable in the sample data and the calculated value of the objective variable based on the analyzed prediction model is calculated (
このように、サンプルデータのうち、予測モデルにおける目的変数の実績値と解析済みの予測モデルによる目的変数の計算値との誤差や相関係数によってサンプルデータを除外して、予測モデルを解析することにより、需要家の生活行動が不規則であった日を用いないため、規則的な生活行動をとった日の予測精度を向上させることができる。 In this way, the sample model is analyzed by excluding the sample data by the error or correlation coefficient between the actual value of the target variable in the prediction model and the calculated value of the target variable by the analyzed prediction model. Therefore, since the day when the consumer's daily behavior is irregular is not used, the prediction accuracy of the day when the regular daily behavior is taken can be improved.
次に、図5および図6における終了条件の例について説明する。目的変数の実績値と解析された予測モデルによる目的変数の計算値との相関係数の上昇が一定値以下となったときを終了条件とすることができる。ただし、この終了条件においてはサンプルデータの除外率で上限を設けてもよい。 Next, examples of end conditions in FIGS. 5 and 6 will be described. The end condition can be when the increase in the correlation coefficient between the actual value of the objective variable and the calculated value of the objective variable based on the analyzed prediction model becomes a certain value or less. However, in this end condition, an upper limit may be set by the sample data exclusion rate.
なお、以上説明したエネルギー需要予測装置の機能は、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、CD−ROM等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記録装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの(伝送媒体もしくは伝送波)、その場合のサーバとなるコンピュータ内の揮発性メモリのように、一定期間プログラムを保持しているものを含む。 The function of the energy demand prediction apparatus described above is executed by recording a program for realizing the function on a computer-readable recording medium, causing the computer to read the program recorded on the recording medium. It may be a thing. The computer-readable recording medium refers to a recording medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, or a hard disk device built in a computer system. Further, the computer-readable recording medium is a medium that dynamically holds the program for a short time (transmission medium or transmission wave) as in the case of transmitting the program via the Internet, and in the computer serving as a server in that case Such as a volatile memory that holds a program for a certain period of time.
1 エネルギー制御装置
2 需要家
3 電力系統
11 エネルギー需要予測装置
12 最適運用計画作成部
13 気象情報受信部
14 エネルギー需要計測部
15 データベース
16 予測モデル演算部
16A 予測モデル構成部
16B 予測モデル解析部
16C 需要量積算値予測部
21 電力需要
22 貯湯槽
23 給湯需要
24 燃料電池
101〜109、201〜204、301〜305 ステップ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記予測モデル構成手段が、前記通信手段により得られた気象情報と、カレンダー情報と、前記計測手段により得られた、予測対象時間帯に対して過去の特定時間帯における実績需要量とを説明変数とし、予測時点から特定時間経過後の需要量積算値を目的変数とする、前記目的変数における特定時間が時系列に設定された予測モデルを構成するステップと、
前記予測モデル解析手段が、前記予測モデルにおいて過去一定期間における前記説明変数と前記目的変数のデータからなるサンプルデータを用いて説明変数と目的変数との関係を解析するステップと、
前記需要量積算値予測手段が、解析済みの予測モデルに予測対象日時における説明変数のデータを入力して得られる目的変数の値を特定時間経過後の需要量積算値の予測値とすることにより、特定時間経過後の需要量積算値の推移を予測するステップと
を有するエネルギー需要予測方法。 A method for predicting energy demand in an energy consumer performed in an energy demand prediction apparatus having a communication means, a measurement means, a prediction model construction means, a prediction model analysis means, and a demand amount integrated value prediction means,
The predictive model construction means describes the meteorological information obtained by the communication means, calendar information, and the actual demand in the past specific time zone obtained by the measuring means in the past specific time zone. And a step of configuring a prediction model in which the specific time in the objective variable is set in time series, with the demand amount integrated value after the specific time elapses from the prediction time point as an objective variable;
The predictive model analyzing means analyzing the relationship between the explanatory variable and the objective variable using sample data consisting of the explanatory variable and the objective variable data in the past fixed period in the predictive model;
The demand amount integrated value predicting means sets the value of the objective variable obtained by inputting the explanatory variable data at the prediction target date and time to the analyzed prediction model as the predicted value of the demand amount integrated value after the lapse of a specific time. An energy demand prediction method comprising: predicting a transition of an integrated demand amount after a specific time has elapsed.
通信手段と、
エネルギー需要を計測する計測手段と、
前記通信手段により得られた気象情報と、カレンダー情報と、前記計測手段により得られた、予測対象時間帯に対して過去の特定時間帯における実績需要量とを説明変数とし、予測時点から特定時間経過後の需要量積算値を目的変数とする、前記目的変数における特定時間が時系列に設定された予測モデルを構成する予測モデル構成手段と、
前記予測モデルにおいて過去一定期間における前記説明変数と前記目的変数のデータからなるサンプルデータを用いて説明変数と目的変数との関係を解析する予測モデル解析手段と、
解析済みの予測モデルに予測対象日時における説明変数のデータを入力して得られる目的変数の値を特定時間経過後の需要量積算値の予測値とすることにより、特定時間経過後の需要量積算値の推移を予測する需要量積算値予測手段と
を有するエネルギー需要予測装置。 An energy demand prediction device for predicting energy demand in an energy consumer,
Communication means;
A measuring means for measuring energy demand;
The meteorological information obtained by the communication means, the calendar information, and the actual demand in the past specific time zone obtained by the measurement means, as the explanatory variables, are used as explanatory variables, and the specific time from the prediction time point. A prediction model constituting unit that constitutes a prediction model in which a specific time in the objective variable is set in time series, the demand amount integrated value after elapse being an objective variable;
Prediction model analysis means for analyzing the relationship between the explanatory variable and the objective variable using sample data consisting of the explanatory variable and the objective variable data in the past fixed period in the prediction model;
Accumulation of demand after the elapse of a specific time by setting the value of the objective variable obtained by inputting the explanatory variable data at the prediction target date and time to the analyzed forecast model as the predicted value of the demand accumulation after the elapse of the specific time An energy demand forecasting device comprising: a demand quantity integrated value forecasting means for forecasting a change in value.
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