JP2013188031A - エネルギー管理システム、エネルギー管理制御装置、エネルギー管理方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】商用電力系統の運用に悪影響を及ぼすことなく省エネルギー化に寄与することのできるエネルギー管理システムを提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、エネルギー管理システムは、配電網から電力を供給される複数の加入者宅ごとに形成される。このエネルギー管理システムは、作成部と、調整部と、制御部とを具備する。作成部は、供給された電力により充電される蓄電装置の充電計画を作成する。調整部は、複数の加入者宅ごとの充電計画のもとで消費される電力の総和を配電網の供給電力の上限以下に保つべく、作成された充電計画を調整する。制御部は、調整された充電計画に基づいて蓄電装置を充電すべく、蓄電装置を充電する充電器を制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、住宅、ビルあるいは工場などにおけるエネルギー消費を管理するエネルギー管理システムと、このシステムに適用可能なエネルギー管理制御装置、エネルギー管理方法およびプログラムに関する。

近年の地球環境保全意識の高まりに伴い、電力消費量の削減を求められている。省エネルギー法（省エネ法）の改正や再生可能エネルギーの全量買い取り法案の成立など法律の整備も進み、省エネに向けた取り組みの重要性はますます大きくなってきている。特に、家庭用電化製品（家電機器）や給湯機器などのエネルギー消費機器と、太陽光発電（Photovoltaic Power Generation：ＰＶ）システムや蓄電池、家庭用燃料電池などの分散電源とを統合的に制御可能なエネルギーマネジメントシステム（Energy Management System：ＥＭＳ）への注目が集まっている。この種の技術分野では加入者宅の家電機器をサービス提供者のサーバにネットワークを介して接続し、光熱費の節約ガイダンスの提供などの種々のサービスを提供することが考えられている。

エネルギーを有効に利用するためには、充電および放電の双方が可能な２次電池が大きな役割を果たす。この種の２次電池を用いた蓄電装置（蓄電池）は燃料電池や給湯器などと組み合わせて一般家庭に普及しつつある。また、近年注目を浴びているハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいは電気自動車などの車両にも搭載され、駆動装置（モータなど）へのエネルギー供給源として利用されている。

蓄電装置は使用する前に十分に充電しておく必要がある。例えば自動車は昼間に多く使用されるので、車両用の蓄電装置は夕方から翌朝にかけて充電されることが多くなる。充電開始時刻は各自動車の所有者が自由に決められるので、電気料金が安価な深夜電力料金時間帯（一般的には午後１１時から午前７時まで）に充電を行うことが多くなる。
既存の電気温水器などと同じように、需要家側に設置されたタイマを用いて蓄電装置への充電開始時刻、あるいは給電時間を予約設定することができる。家庭用の据置型蓄電装置においても事情は同じである。

しかしながら多数の蓄電装置が一斉に充電を開始すると充電用交流電力が集中的に消費されるので、これに対処するために需要家側の個々の住宅や集合住宅、地域では大きな電源設備容量が必要になる。また、一般家庭用の据置型蓄電装置に比べ車両用の蓄電装置の容量は格段に大きいので、車両用の蓄電装置への充電が一斉に開始されると商用電力系統の電圧を低下させるまでに至り、電力送配電の安定運用にまで影響する。よって商用電力系統側において予め対策を講じる必要が生じ、そのための負担が大きくなる。さらに、電気自動車は外出などの必要性から急速充電を求められることもあるので、単純なスケジューリングではこのような問題を解決できない。

特開平１０−８００７１号公報 特開２００８−６７４１８号公報

電気設備容量の肥大化を防止しうる電気自動車の充電制御装置が提案されている。例えば複数台の電気自動車のうち、充電時間が最長の車両が深夜電力時間帯の開始時刻に充電を開始し、充電時間が最短の車両が深夜電力時間帯の終了時刻に充電を終了するようにスケジュールするようにした技術が提案されている。この技術によれば充電用交流電力が深夜電力時間帯開始時刻に集中することを防止でき、電気設備容量を大きくしなくても良くなる。また、１つの充電制御装置に接続される電気自動車の放電量を個別に算出し、各放電量を回復するのに必要な充電時間の長さの順に充電開始時刻を決定することでも充電用交流電力の消費タイミングを平準化できる。

しかしながらいずれの手法も、例えば集合住宅において電気自動車への充電を集中的に制御するようなケースでは有効であるものの、電気自動車が１台あるいは２台程度の家庭向け用途では効果は薄い。また据置型蓄電装置の利用は考慮されないので、加入者宅のエネルギーを有効に利用することはできない。

蓄電装置の充電に際し給電設備や電力系統にかかる負担を抑制し、充電残量をより高度に管理可能とする方法も提案されている。例えば蓄電装置の充電残量をモニタし、電力供給側の充電推奨時間帯情報、および充電残量を含む制御要因情報から蓄電装置を充電する時間帯の情報を含む充電制御情報を決定し、この充電制御情報に基づいて蓄電装置を充電するという方法が知られている。この方法によれば蓄電装置の充電残量と充電推奨時間帯とから蓄電装置を充電するのに最適な時間帯を算出することで電力供給側への負荷の集中を避けつつ電力設備の利用率を向上させることが期待される。

しかしながらこの方法においても家庭用蓄電装置への充電が考慮されず、加入者宅のエネルギーを有効に利用することはできない。また、蓄電装置ごとに算出された最適充電時間帯が電力供給者側にフィードバックされないので、商用電力系統への影響が軽減されない。しかも、全体での充電時間帯が一旦設定された後に新たに充電を要する電気自動車が現れると、影響の程度が増大することも起こりうる。

目的は、商用電力系統の運用に悪影響を及ぼすことなく省エネルギー化に寄与することのできるエネルギー管理システム、エネルギー管理制御装置、エネルギー管理方法およびプログラムを提供することにある。

実施形態によれば、エネルギー管理システムは、配電網から電力を供給される複数の加入者宅ごとに形成される。このエネルギー管理システムは、作成部と、調整部と、制御部とを具備する。作成部は、供給された電力により充電される蓄電装置の充電計画を作成する。調整部は、複数の加入者宅ごとの充電計画のもとで消費される電力の総和を配電網の供給電力の上限以下に保つべく、作成された充電計画を調整する。制御部は、調整された充電計画に基づいて蓄電装置を充電すべく、蓄電装置を充電する充電器を制御する。

実施形態に係わるシステムの一例を示す図である。 図１に示されるＨＥＭＳの一例を示す図である。 図２に示されるホームゲートウェイ７に備わる機能の一例を示す図である。 図３に示される機能ブロック間でのデータの授受を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係るホームゲートウェイ７の処理手順を示すフローチャートである。 据置電池３の充放電計画７２ｂの策定について説明するための図である。 車上バッテリー１のバッテリー充電計画７２ｃの一例を示す図である。 戸別のＨＥＭＳから通知された予約情報の合計を示す図である。 予約情報の合計が電力上限を超過するケースを示す図である。 バッテリー充電計画７２ｃの調整の一例を示す図である。 調整後のバッテリー充電計画７２ｃの一例を示す図である。 調整後のバッテリー充電計画７２ｃを反映した全体での充電予約状況を示す図である。 第２の実施形態に係るエネルギー管理システムにおける機能ブロック間でのデータの授受を模式的に示す図である。 第３の実施形態に係るホームゲートウェイ７の処理手順を示すフローチャートである。 据置電池３の充放電計画７２ｂの策定についての他の例を説明するための図である。 据置電池３の充放電計画７２ｂの策定についての他の例を説明するための図である。

図１は、実施形態に係わるシステムの一例を示す図である。図１は、いわゆるスマートグリッドとして知られる電力送配電網の一例を示す。既存の配電ネットワークでは原子力、火力、水力などの既存発電所と、一般家庭や、ビル、工場といった多種多様な需要家とが電力網によって接続される。次世代の配電ネットワークではこれらに加えて新たな電源として太陽光や風力などの自然エネルギーと蓄電装置とを組み合わせた分散型電源や、新たな需要として新交通システムや充電スタンドなどが電力送配電網に接続される。これら多種多様な要素は通信ネットワークを介して接続され統括的に制御される。

電力をインテリジェントに分配するシステムは、エネルギーマネジメントシステム（Energy Management System：ＥＭＳ）と総称される。ＥＭＳはその規模などに応じて幾つかに分類される。例えば一般家庭向けのＨＥＭＳ（Home Energy Management System）、ビルディング向けのＢＥＭＳ（Building Energy Management System）などがある。このほか、より小規模なμＥＭＳ（Micro Energy Management System）、あるいは地域コミュニティ向けのＣＥＭＳ（Community Energy Management System）、大口の工場向けのＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）などがある。これらのシステムが連携することできめ細かな電力制御が実現される。

この種のシステムによれば既存の発電所、分散型電源、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源、および需要家の相互間で高度な協調運用が可能になる。これにより自然エネルギーを主体とするエネルギー供給システムや、需要家と事業者との双方向連携による需要家参加型のエネルギー供給といった、新規かつスマートな形態の電力供給サービスが生み出される。
次に、実施形態に係るエネルギー管理システムにつき説明する。以下ではエネルギー管理システムの一例としてＨＥＭＳを想定するが、本発明は家庭用の用途に限定されるものではない。

図２は、図１に示されるＨＥＭＳの一例を示す図である。ＨＥＭＳは、例えば加入者（ユーザ）宅１００に設置されるエネルギー管理制御装置としてのホームゲートウェイ（Home Gateway：ＨＧＷ）７を中核として形成される。
図２において、配電網としての商用電力系統６から供給される電力（交流電圧）は電柱の変圧器（図示せず）などを経て各家庭に分配され、スマートメータ１９を経て加入者宅１００の分電盤２０に引き込まれる。電力は、分電盤２０から延伸される宅内配線２１を介して家電機器５、宅内用充電器４、車両用充電器２などに供給される。

加入者宅１００の屋根や外壁には太陽光パネル３０が設置されＰＶシステムが形成される。太陽光パネル３０で生成された直流起電力は宅内用充電器４に供給される。宅内用充電器４は加入者宅１００に据え置かれる蓄電装置である据置電池３を充電すべく、この直流電圧を据置電池３に与える。

宅内用充電器４はコンバータ（図示せず）を備え、宅内配線２１からの交流電力を直流電力に変換して据置電池３に与える。これにより深夜電力などを利用して据置電池３を充電することもできる。さらに宅内用充電器４はインバータ（図示せず）を備え、据置電池３に溜め込まれた直流電力を交流電力に変換して宅内配線２１に印加する。これにより宅内配線２１に接続される機器は、据置電池３からも電力の供給を受けることができる。要するに宅内用充電器４は、据置電池３と宅内配線２１との間でエネルギーを授受するための電力変換器としての機能を備える。

車両用充電器２は、電気自動車ＥＶに搭載される車上バッテリー１に電力ケーブルＣを介して着脱可能に接続される。また車上バッテリー１と車両用充電器２とはＬＡＮ（Local Area Network）ケーブルなどの有線リンク、あるいは無線リンクを介して通信できるようになっている。車両用充電器２はコンバータ（図示せず）を備え、分電盤２０からの交流電力を直流電力に変換して、接続された車上バッテリー１に与える。これにより車上バッテリー１は充電される。すなわち車両用充電器２は、車上バッテリー１と宅内配線２１との間でエネルギーを授受するための電力変換器としての機能を備える。
加入者宅１００にはＬＡＮ２５が形成され、ホームゲートウェイ７、分電盤２０、車両用充電器２およびパーソナルコンピュータ２４はＬＡＮ２５を介して相互に通信可能である。さらにホームゲートウェイ７はＩＰネットワーク２００に接続される。

ＩＰネットワーク２００はいわゆるインターネット、あるいはシステムベンダのＶＰＮ（Virtual Private Network）などである。実施形態では管理サーバ３００およびＣＥＭＳ４００がＩＰネットワーク２００に接続される。ホームゲートウェイ７はＩＰネットワーク２００を経由して管理サーバ３００、あるいはＣＥＭＳ４００に属する他の加入者のＨＥＭＳ１４と通信することができる。

さらに、ユーザ宅１００はアクセスポイント（ＡＰ）２３を備える。アクセスポイント２３はユーザ宅１００内に無線ゾーンを形成する。ホームゲートウェイ７は無線チャネルを介して家電機器５や宅内用充電器４と通信することが可能である。次に、上記構成を基礎として複数の実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
図３は、図２に示されるホームゲートウェイ７に備わる機能の一例を示す図である。ホームゲートウェイ７は操作部８、インタフェース部７１、データ記憶部７２、プログラムメモリ７３およびCentral Processing Unit（ＣＰＵ）７４を備える。すなわちホームゲートウェイ７は、プログラムメモリ７３に記憶されたプログラムをＣＰＵ７４が実行することで機能するコンピュータである。

操作部８は、家庭の居住者である加入者（ユーザ）などが操作するためのヒューマンマシンインタフェース（操作パネルやスイッチなど）である。加入者はＨＥＭＳの運用に係わる情報を操作部８から入力する。操作部８から入力された情報はデータ記憶部７２に記憶される。なおパーソナルコンピュータ２４を操作部８として使用することもできる。

ＨＥＭＳの運用に係わる情報は、各家電機器５の特性（消費電力など）、家電機器５の動作設定、操作設定、据置電池３の容量、家電運転計画などの情報を含む。家電運転計画とはすなわち家電機器５の運転計画であり、それぞれの家電機器５を稼働させる際の設定、稼動時間、稼動期間などの情報を含む。さらにユーザは、充電完了時刻、充電許可開始時刻、充電許可終了時刻などを操作部８から入力する。

実施形態では、車上バッテリー１の充電が完了することをユーザが希望する時刻を、充電完了時刻と称する。車上バッテリー１の充電が開始されることをユーザが希望する時刻を、充電許可開始時刻と称する。車上バッテリー１の充電が終了することをユーザが希望する時刻を、充電許可終了時刻と称する。

いずれの時刻も電気自動車ＥＶの使用予定などに基づきユーザにより設定される。例えば充電完了時刻として午前８時、充電許可開始時刻として午後１１時、充電許可終了時刻として午前７時を設定することができる。なお電気自動車ＥＶに関する充電希望時刻については、ユーザが帰宅した際に入力してもよい。
充電許可開始時刻および充電許可終了時刻は、車両用充電器２による車上バッテリー１に対する充電動作が優先して行われることをユーザが希望する時間帯、と捉えることも可能である。

充電許可開始時刻は深夜電力料金時間帯の開始時刻と同じ場合が多い。実施形態ではこれらの開始時刻を同じとして説明するがこれに限られるものではない。また充電許可終了時刻は深夜電力料金時間帯の終了時刻と同じ場合が多い。実施形態ではこれらの終了時刻を同じとして説明するがこれに限られるものではない。

実施形態では、深夜電力料金時間帯における電力料金は他の時間帯に比べて安いとして説明する。さらに実施形態では、充電許可開始時刻と充電許可終了時刻との間の時間帯（期間）を充電許可時間帯と称する。

なおユーザによる事前設定、あるいはベンダ（ＨＥＭＳの製造元など）による工場出荷時の初期設定により、充電許可時間帯を深夜電力料金時間帯と一致するように、ホームゲートウェイ７にセットしておいても良い。このようにするとユーザは充電許可開始時刻や充電許可終了時刻を都度、入力しなくても良くなり、充電完了時刻のみを操作部８から入力すればよい。

インタフェース部７１はアクセスポイント２３およびＬＡＮ２５に接続され、通信インタフェースとしての機能を担う。すなわちインタフェース部７１はＬＡＮ２５あるいはＩＰネットワーク２００などの通信ネットワークに接続され、他の加入者宅のＨＥＭＳ１４と相互に通信する通信部としての機能を備える。

データ記憶部７２は、実施形態に係るデータとして家電運転計画７２ａ、充放電計画７２ｂ、バッテリー充電計画７２ｃ、および予約情報７２ｄを記憶する。
プログラムメモリ７３は、この実施形態に係わる処理機能に必要な命令を含むプログラムとしての、策定プログラム７３ａ、検出プログラム７３ｂ、作成プログラム７３ｃ、調整プログラム７３ｄおよび取得プログラム７３ｅを記憶する。なお策定プログラム７３ａ、検出プログラム７３ｂ、作成プログラム７３ｃ、調整プログラム７３ｄおよび取得プログラム７３ｅは、ＣＤ−ＲＯＭなどのリムーバブルメディア（記録媒体）に記録することも、通信回線を介してダウンロードすることも可能である。
ＣＰＵ７４はプログラムメモリ７３から各プログラムを読み出してハードウェアによる演算処理を行うもので、その処理機能として策定部９、検出部１０、作成部１１、調整部１２および取得部１３を備える。

策定部９は、家電運転計画７２ａを策定する。その処理にあたり策定部９は、操作部８から与えられた各種の設定や過去の運転実績なども参照して、主にコスト最小化の観点から家電運転計画７２ａを策定する。策定された家電運転計画７２ａはデータ記憶部７２に記憶される。ホームゲートウェイ７は家電運転計画７２ａに従って家電機器５を制御する。また策定部９は据置電池３の充放電計画７２ｂを策定し、データ記憶部７２に記憶させる。ホームゲートウェイ７は充放電計画７２ｂに従って宅内用充電器４を制御し、据置電池３への充放電を制御する。

すなわち策定部９は電気代の高価な時間帯における電力を、安価な時間帯に充電しておいた電力で代替できるように、家電運転計画７２ａおよび充放電計画７２ｂを策定する。これにより例えば昼間の電力を据置電池３の充電電力でまかなえるようになり、電気料金を低減することが可能になる。

検出部１０は、電気自動車ＥＶに電力ケーブルＣが接続されると車上バッテリー１の直流電圧値を検出する。検出された測定電圧値は作成部１１に与えられる。２次電池の蓄電残量は一般的に、無負荷電圧または充電初期電圧の電圧値から算出できる。従って電気自動車ＥＶに電力ケーブルＣが接続された時の車上バッテリー１の電圧値を検出部１０で検出し、その検出値を用いれば車上バッテリー１の蓄電残量および充電所要時間を計算することができる。

作成部１１は、車上バッテリー１の容量、上記測定電圧値、商用電力系統６の契約電力値、あるいは家電運転計画７２ａなどに基づいて、主にコスト最小化の観点から車上バッテリー１の充電計画を作成する。
すなわち作成部１１は、まず車上バッテリー１の蓄電残量、充電所要時間、充電電力を計算する。また、策定部９により策定された据置電池３の充電計画（充放電計画７２ｂに含まれる）、契約電力、入力された充電希望条件なども参照して、作成部１１は車上バッテリー１の充電の開始時刻、終了時刻およびその間の電力を計算する。作成部１１はこれらの計算した情報を統合し、車上バッテリー１の充電計画（バッテリー充電計画７２ｃ）を立案する。

バッテリー充電計画７２ｃは日付や時刻ごとの充電電圧、充電電力、充電量や充電期間などの項目を有し、作成部１１はこれらの項目を算出するとともに、項目に係わる数値をシステムに予約する。つまり何時から何時まで、どれだけの量を充電するといった情報がシステムに予約される。この予約はそのままの内容で実行されることもあれば、他の加入者宅の予約の状態（予約情報と称する）に応じて変化することもある。その意味で、最初に立案されたバッテリー充電計画７２ｃは仮の計画と捉えるべきもので、その内容は調整部１２により調整される。

調整部１２は作成部１１により作成されたバッテリー充電計画７２ｃを調整する。すなわち調整部１２は加入者宅１００が所属する地域、あるいは集合住宅における供給電力の上限を参照し、充電を予約した加入者による充電量がこの上限を超えることのないようにバッテリー充電計画７２ｃの内容を書き換える。

つまり調整部１２は、加入者宅１００および他の加入者宅１４を含む複数の加入者宅ごとの充電計画のもとで消費される電力の総和を、商用電力系統６の供給電力の上限以下に保つべく、バッテリー充電計画７２ｃを調整する。調整部１２は最終的なバッテリー充電計画７２ｃに基づく制御指令を車両用充電器２に与える。車両用充電器２は調整部１２の制御指令に応じて車上バッテリー１に充電電力を供給し、調整されたバッテリー充電計画７２ｃに基づいて車上バッテリー１を充電する。

実施形態では、個々の加入者宅のホームゲートウェイ７が他の加入者宅のホームゲートウェイ７と通信することで戸別のバッテリー充電計画７２ｃを統合した情報を作成し、この情報と配電網の電力供給能力との比較からバッテリー充電計画７２ｃを調整する。取得部１３はこの処理に係わる情報を取得するための処理を担う。

取得部１３は、ＩＰネットワーク２００を介して他の加入者宅１４における予約情報を取得する。すなわち取得部１３は他の加入者宅１４のＨＥＭＳから、その加入者宅ごとのバッテリー充電計画７２ｃに基づく予約情報を取得する。この予約情報には充電量や充電期間などの情報が含まれる。調整部１２はバッテリー充電計画７２ｃの調整に先立って予約情報の取得を取得部１３に依頼する。予約情報が取得されると、調整部１２はバッテリー充電計画７２ｃに備わる項目のうち充電量、および充電期間の少なくともいずれか一方を、取得された予約情報に基づいて加入者間で相互に調整する。

図４は、図３に示される機能ブロック間でのデータの授受を模式的に示す図である。図４において操作部８は、入力されたデータを策定部９および調整部１２に与える。取得部１３は他の加入者宅１４に予約情報の取得要求を送信し、返信された予約情報を受信する。予約情報はデータ記憶部７２（図３）に記憶されるとともに（予約情報７２ｄ）調整部１２に与えられる。

策定部９は家電運転計画７２ａに基づいて宅内用充電器４を制御する。宅内用充電器４は、計画された充電時間帯に商用電力系統６からの交流電力を直流電力に変換し、据置電池３を充電する。また宅内用充電器４は、計画された放電時間帯には据置電池３に蓄電された電力を交流に変換して家電機器５に供給する。

また策定部９は、家電運転計画７２ａを作成部１１に与える。検出部１０は車上バッテリー１の測定電圧値を作成部１１に与える。作成部１１はバッテリー充電計画７２ｃを作成し調整部１２に与える。調整部１２は予約情報７２ｄに基づいてバッテリー充電計画７２ｃを調整する。調整部１２はこの調整されたバッテリー充電計画７２ｃに基づいて車両用充電器２を制御する。

すなわち調整部１２は、調整されたバッテリー充電計画７２ｃに基づいて車上バッテリー１を充電すべく、車両用充電器２を制御する。車両用充電器２は調整部１２の制御に基づいて、バッテリー充電計画７２ｃにおいて計画された時間帯に、計画された量の電力を車上バッテリー１に充電する。次に、上記構成における作用を説明する。

図５は、第１の実施形態に係るホームゲートウェイ７の処理手順を示すフローチャートである。図６は据置電池３の充放電計画７２ｂの策定について説明するための図である。図７はバッテリー充電計画７２ｃの一例を示す図である。
実施形態において、ホームゲートウェイ７は充放電計画７２ｂを策定すべき時刻（以下、計画策定時刻と称する）に、家電運転計画７２ａに基づいて充放電計画７２ｂを策定する。車上バッテリー１の充電の必要があれば、ホームゲートウェイ７はバッテリー充電計画７２ｃを作成する。その後、次の計画策定時刻までの間は家電運転計画７２ａに基づく設定時刻において家電機器５を制御し、据置電池３の充放電や車上バッテリー１の充電を行うという動作を繰り返す。計画策定時刻は例えば操作部８からの入力により予めユーザにより設定される。ユーザによる操作部８を用いた設定入力は随時受け付けられる。

図５において計画策定時刻が到来すると、ホームゲートウェイ７は家電運転計画７２ａに基づいて時刻ごとの消費電力を算出し、図６に示されるような電力消費（量）の時間的な推移を求める（ステップＳ１）。図６においてはグラフの左端を計画策定時刻とし、右方向に時間が経過するとする。

図６の曲線は家電運転計画７２ａに基づく消費電力の予測を示す。電力価格は時間の経過とともに例えば￥３０／ｋＷ、￥３５／ｋＷ、￥４０／ｋＷ、￥３５／ｋＷ、￥３０／ｋＷと推移する。よって￥３０／ｋＷの区間において据置電池３を充電し、その電力を￥４０／ｋＷの区間において消費するように計画すれば電力コストを低くできる。

そこでホームゲートウェイ７は、電力価格が最も安い時間帯に据置電池３を充電し、電力価格が高い時間帯に据置電池３を放電するといった充放電計画７２ｂを策定する。（ステップＳ２）。このとき策定された計画では例えば図６に示されるように、充電はグラフの左端から開始され￥３０／ｋＷ区間内で完了し、￥３５／ｋＷ区間が終了したのち￥４０／ｋＷ区間で据置電池３が放電することとなる。

充放電計画７２ｂの策定に引き続き、ホームゲートウェイ７は車上バッテリー１の充電計画７２ｃを作成する（ステップＳ３）。すなわち検出部１０は車上バッテリー１の電圧を測定し、測定結果を作成部１１に与える。作成部１１はこの測定結果に基づいて車上バッテリー１の蓄電残量（充電量）と、単位時間あたりの充電電力量を算出する。

作成部１１は算出したこれらの情報と充放電計画７２ｂとを合わせ、例えば図７に示すような仮のバッテリー充電計画７２ｃを作成する。充電計画はすなわち各時間帯における充電電力を示す。充電電力の上限として、図７にされる契約電力のほか車両用充電器２の容量などが考慮される。図７には車両用充電器２の容量が契約電力一杯まであり、車上バッテリー１の特性もこれに対応するケースでのプランが示される。

次にホームゲートウェイ７は、予約情報の送信を他の加入者のＨＥＭＳにブロードキャストメッセージなどで要求し戸別に返信を得る。対象であるＨＥＭＳの全てから返信を受けると予約情報の取得が完了する（ステップＳ４）。もしもタイムアウトになれば、その時点で返信を受けたＨＥＭＳからの予約情報のみを参照しても良い。

予約情報は、例えば３０分ごとに区分された時間帯ごとの、充電を予約された電力量を示す情報である。戸別のＨＥＭＳから通知された予約情報を合計すると、例えば図８に示されるような、複数の加入者宅ごとの充電計画のもとで消費される電力の総和が求められる。図８に示される電力上限は各ＨＥＭＳの所属する集合住宅あるいは地域（ＣＥＭＳ）の配電設備の電力供給能力から決まる上限を示す。この上限以下であれば、充電によって商用電力系統６の運用に悪影響が及ぶことは避けられる。

予約情報の合計から電力上限までに余裕があれば仮の充電計画（図７）が本計画として採択され、戸別のＨＥＭＳは無調整の充電計画のもとで車上バッテリー１の充電を予約する。一方図９に示されるように予約情報（予約量）の合計が電力上限を超過するケースでは、調整部１２による充電計画の調整が行われる（ステップＳ５）。

ホームゲートウェイ７は例えば図１０に示されるように、自らのバッテリー充電計画７２ｃにおける上限を超過した分の予約電力を、超過が解消しかつ電許可時間帯の終了までの間の時間帯に移動する。図１０においては充電期間は固定的であり、充電量が変化することとなる。逆に充電量を固定し充電期間（時間帯）を操作しても良い。あるいはこれらの双方を調整しても良い。

調整されたバッテリー充電計画７２ｃは例えば図１１に示されるように、図７の仮計画７とは異なるものになる。調整後のバッテリー充電計画７２ｃはデータ記憶部７に記憶され旧いデータが更新される。最新の予約情報は図１２に示されるように全体の予約情報に反映される（ステップＳ６）。

なおホームゲートウェイ７は図５の処理フローチャートにおいて、他のＨＥＭＳすなわち他の加入者宅のホームゲートウェイ７からの、予約情報の送信要求あるいは問い合わせを待ち受ける（ステップＳ７）。最新の予約情報の問い合わせを受けるとホームゲートウェイ７は回答を返信し（ステップＳ８）、処理手順はステップＳ７に戻る。予約情報の送信要求を受けるとホームゲートウェイ７は自らに記憶する予約情報を送信する（ステップＳ９）。ステップＳ７〜ステップＳ９の手順は例えば別のスレッドを起動するかたちで実施される。

以上説明したように第１の実施形態に係るホームゲートウェイ７によれば、電力が高価な時間帯における電力を安価な時間帯の電力で代替できるようになり、電力コストを下げることが可能になる。また車上バッテリー１を個々の需要家の設備あるいは契約の上限如何の電力で充電できるようになるので、加入者宅においては停電などの恐れがない。さらに複数の加入者宅全体で消費される充電のための電力をも、集合住宅あるいは地域単位での供給能力の許容値内に抑えることができるので、商用電力系統６の電圧低下などの問題を回避することができる。

既存の技術は、この実施形態のように各戸のＨＥＭＳが互いに通信し、他の加入者の充電スケジュールに基づいて自らの充電スケジュールを調整するという機能を備えていない。このため充電開始時刻が例えば深夜電力開始時刻に集中し、充電交流電力負荷が過度になって商用電力系統の電圧が低下するおそれがある。充電開始時刻を戸別にランダムにしても、負荷の集中を確実に防止できるとはいえない。

これに対し第１の実施形態によれば、各戸のホームゲートウェイ７の通信機能を用いた自律分散的な処理により、コミュニティ全体での充電予約スケジュールは制限を越えない範囲で確実に平準化される。従って商用電力系統への悪影響を確実に防止することができる。

また既存の技術では、電気自動車ＥＶが急に帰宅するなどして、一旦決定された充電スケジュールを急遽変更したいケースなど、任意の時刻からの充電について対応することができない。
これに対し第１の実施形態ではバッテリー充電計画７２ｃの決定に際して、他の加入者のＨＥＭＳに対して充電予約スケジュールを問い合わせるという手順（図５のステップＳ４）が踏まれることから、電力供給量の制限を満たしつつスケジュールの変更の要求に柔軟に対応することが可能になる。

以上のように第１の実施形態によれば、充電負荷の集中による悪影響を排除し商用電力系統６の安定運用に寄与しつつ加入者宅の据置電池３の電力を有効に利用して電力料金を低減し、充電計画の策定後に充電の対象が増えたとしても対処可能なエネルギー管理システムが実現される。これらのことから、商用電力系統の運用に悪影響を及ぼすことなく省エネルギー化に寄与することのできるエネルギー管理システムおよびサーバ、エネルギー管理方法およびプログラムを提供することが可能になる。

［第２の実施形態］
図１３は、第２の実施形態に係るエネルギー管理システムにおける機能ブロック間でのデータの授受を模式的に示す図である。図１３において図３、図４と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

第２の実施形態では、複数の加入者宅の予約情報を管理サーバ３００において一括で管理するようにする。すなわちホームゲートウェイ７のインタフェース部７１はＩＰネットワーク２００を介して管理サーバ３００と通信し、自らの予約情報７２ｄを管理サーバ３００に通知する。取得部１３は調整部１２によるバッテリー充電計画７２ｃの調整に先立ち、他の加入者宅１４における予約情報を管理サーバ３００から取得する。

このようにしてもホームゲートウェイ７は、第１の実施形態において述べた処理に必要な情報を取得することができるので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に第２の実施形態ではホームゲートウェイ７の通信の相手先を管理サーバ３００だけに限定できるので、予約情報を取得するためにブロードキャストメッセージを使用しなくても良くなる。よってＩＰネットワーク２００のトラフィックを少なくできるほか、データを一元管理できるメリットもある。

［第３の実施形態］
図１４は、第３の実施形態に係るホームゲートウェイ７の処理手順を示すフローチャートである。図１４において図５と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
第３の実施形態では、バッテリー充電計画７２ｃの調整に際して、充電量の低減を受諾するか、あるいは拒否するかが戸別に設定されているケースを想定する。このケースでは予約情報は、充電量の低減を受諾する加入者と充電量の低減を拒否する加入者とで、例えばデータにフラグを付加するなどして区別して管理される。つまり第３の実施形態では予約した時刻における車上バッテリー１の充電量が、予約した値よりも低減されるケースがある。これを受諾するか拒否するかは加入者ごとに意思表示される。

図１４においてホームゲートウェイ７は、車上バッテリー１の充電の実施に先立って他の加入者宅のＨＥＭＳに予約情報を問い合わせ、最新の充電予約情報を参照する（ステップＳ１０）。これにより低減を受諾する加入者宅の予約情報と、低減を受諾しない加入者宅の予約情報とが取得される。

低減を受諾する加入者宅の充電量の合計を（低減受諾合計）と称することとする。低減を受諾しない加入者宅の充電量の合計を（低減拒否合計）と称することとする。全ての加入者宅の予約量の合計が配電設備の電力上限を超えており、かつ自らの加入者宅が低減を受諾するならば、ホームゲートウェイ７は次式（１）により低減した充電実行電力を算出し、車上バッテリー１の充電実施量を調整する（ステップＳ１１）。
充電実行電力＝充電予約電力×［（低減受諾合計）／〔配電設備の電力上限−（受諾拒否合計）〕］ … （１）
このような処理により地域に配分された電力を有効に活用できるとともに、一旦決定された充電スケジュールを急遽変更したいケースなどにも柔軟に対処できるようになる。なお低減量が大きく必要な充電電力を賄えないおそれのあるケースでは、充電実施中にステップＳ１〜ステップＳ６の手順を実施し、不足する電力を後の時間帯で優先的に時間帯に充電すべくバッテリー充電計画７２ｃを再予約してもよい。

なお本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば図２はＨＥＭＳの一例を示すものであり別の構成もあり得る。例えば図２において家電機器５や宅内用充電器４は有線ＬＡＮ（ＬＡＮ２５）を介してホームゲートウェイ７に接続されてもよい。
また据置電池３の充放電計画７２ｂを、図６とは異なる手法で策定することも可能である。例えば据置電池３の容量が大きかったり、消費された電力が少なかったりして、図１５にされるように電力に余剰分の生じるケースがある。このようなケースでは電力価格の最も高い区間で優先的に充電電力を消費し、それ以降は電力価格に対して降順に並ぶ区間順で放電スケジュールを策定すれば良い。逆に、図１６に示されるように最も安価な時間帯での充電では不足するケースでは、電力価格に対して昇順に並ぶ区間順で充電スケジュールを策定すれば良い。このようなスケジュールがコストの面から最も有利である。

また上記実施形態では、充電スケジュールの調整に係わる詳細を、他のＨＥＭＳとの間で予約情報を授受するというかたちで説明した。このような技術思想に代えて、充電可能な枠内で予約の権利（トークン：ｔｏｋｅｎ）を授受することで充電スケジュールを調整することも可能である。

つまり各ＨＥＭＳは予約情報を参照して空いている時間帯に充電を予約し、その後は充電予約の権利を継続して保有し、他のＨＥＭＳから権利の譲渡を要求されれば、設定に応じて権利を譲渡あるいは拒否するようにする。

つまり、商用電力系統６の能力の範囲内に対応付けて、時間帯ごとにスケジュールを予約可能な枠を定めておき、その枠内で充電予約の権利を戸別のＨＥＭＳ間で授受するようにすれば、商用電力系統６の給電能力の範囲内で、ＨＥＭＳ間で電力を融通することが可能になる。本発明の技術思想はこのような手法によっても説明することが可能である。

このほか、ホームゲートウェイ７に備わる機能およびプログラムを、管理サーバ３００に実装するようにすることもできる。つまり図３に示される策定プログラム７３ａ、検出プログラム７３ｂ、作成プログラム７３ｃ、調整プログラム７３ｄおよび取得プログラム７３ｅを管理サーバ３００に移植して策定部９、検出部１０、作成部１１、調整部１２および取得部１３としての機能を持たせるようにすることは、当業者であれば可能である。このケースでは管理サーバ３００は、各加入者宅のＨＥＭＳにおける家電運転計画７２ａ、充放電計画７２ｂ、バッテリー充電計画７２ｃ、および予約情報７２ｄを一括して記憶、管理することとなる。このようにすれば各戸における処理負荷およびハードウェアの規模を低減できる効果がある。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…加入者宅、７…ホームゲートウェイ、６…商用電力系統、１９…スマートメータ、２０…分電盤、２１…宅内配線、５…家電機器、４…宅内用充電器、２…車両用充電器、３０…太陽光パネル、３…据置電池、ＥＶ…電気自動車、１…車上バッテリー、Ｃ…電力ケーブル、２５…ＬＡＮ、２４…パーソナルコンピュータ、２００…ＩＰネットワーク、３００…管理サーバ、４００…ＣＥＭＳ、１４…他の加入者宅、２３…アクセスポイント、８…操作部、７１…インタフェース部、７２…データ記憶部、７３…プログラムメモリ、７４…ＣＰＵ、７２ａ…家電運転計画、７２ｂ…充放電計画、７２ｃ…バッテリー充電計画、７２ｄ…予約情報、７３ａ…策定プログラム、７３ｂ…検出プログラム、７３ｃ…作成プログラム、７３ｄ…調整プログラム、７３ｅ…取得プログラム、９…策定部、１０…検出部、１１…作成部、１２…調整部、１３…取得部

Claims (28)

1. 配電網から電力を供給される複数の加入者宅ごとに形成されるエネルギー管理システムであって、
   前記供給された電力により充電される蓄電装置の充電計画を作成する作成部と、
   前記複数の加入者宅ごとの充電計画のもとで消費される電力の総和を前記配電網の供給電力の上限以下に保つべく、前記作成された充電計画を調整する調整部と、
   前記調整された充電計画に基づいて前記蓄電装置を充電すべく、当該蓄電装置を充電する充電器を制御する制御部とを具備する、エネルギー管理システム。
2. さらに、通信ネットワークに接続されるインタフェース部と、
   他の加入者宅と前記通信ネットワークを介して相互に通信する通信部と、
   加入者宅ごとの前記充電計画に基づく充電量および充電期間の予約情報を、前記通信ネットワークを介して他の加入者宅から取得する取得部を具備し、
   前記調整部は、前記充電量および前記充電期間の少なくともいずれか一方を、前記取得された予約情報に基づいて加入者間で相互に調整する、請求項１に記載のエネルギー管理システム。
3. さらに、通信ネットワークに接続されるインタフェース部と、
   前記通信ネットワークに接続されるサーバと相互に通信する通信部と、
   加入者宅ごとの前記充電計画に基づく充電量および充電期間の予約情報を、前記通信ネットワークを介して前記サーバから取得する取得部を具備し、
   前記調整部は、前記充電量および前記充電期間の少なくともいずれか一方を、前記取得された予約情報に基づいて調整する、請求項１に記載のエネルギー管理システム。
4. 前記予約情報は、前記充電量の低減を受諾する加入者と前記充電量の低減を拒否する加入者とで区別され、
   前記低減を受諾する場合に、前記調整部は、前記低減を受諾する加入者宅の充電量の合計と、前記上限と前記低減を拒否する加入者宅の充電量の合計との差との比率に基づいて前記充電量を調整する、請求項３に記載のエネルギー管理システム。
5. 前記蓄電装置は、前記加入者宅ごとの据置電池と車上バッテリーとを含み、
   前記作成部は、前記据置電池の充電計画に基づいて前記車上バッテリーの充電計画を作成する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエネルギー管理システム。
6. 前記作成部は、前記加入者宅ごとの家電機器の運転計画に基づいて前記充電計画を作成する、請求項５に記載のエネルギー管理システム。
7. さらに、前記運転計画を策定する策定部を具備する、請求項６に記載のエネルギー管理システム。
8. 配電網から電力を供給される複数の加入者宅ごとに設けられるエネルギー管理制御装置であって、
   前記供給された電力により充電される蓄電装置の充電計画を作成する作成部と、
   前記複数の加入者宅ごとの充電計画のもとで消費される電力の総和を前記配電網の供給電力の上限以下に保つべく、前記作成された充電計画を調整する調整部と、
   前記調整された充電計画に基づいて前記蓄電装置を充電すべく、当該蓄電装置を充電する充電器を制御する制御部とを具備する、エネルギー管理制御装置。
9. さらに、通信ネットワークに接続されるインタフェース部と、
   他の加入者宅と前記通信ネットワークを介して相互に通信する通信部と、
   加入者宅ごとの前記充電計画に基づく充電量および充電期間の予約情報を、前記通信ネットワークを介して他の加入者宅から取得する取得部を具備し、
   前記調整部は、前記充電量および前記充電期間の少なくともいずれか一方を、前記取得された予約情報に基づいて加入者間で相互に調整する、請求項８に記載のエネルギー管理制御装置。
10. さらに、通信ネットワークに接続されるインタフェース部と、
    前記通信ネットワークに接続されるサーバと相互に通信する通信部と、
    加入者宅ごとの前記充電計画に基づく充電量および充電期間の予約情報を、前記通信ネットワークを介して前記サーバから取得する取得部を具備し、
    前記調整部は、前記充電量および前記充電期間の少なくともいずれか一方を、前記取得された予約情報に基づいて調整する、請求項８に記載のエネルギー管理制御装置。
11. 前記予約情報は、前記充電量の低減を受諾する加入者と前記充電量の低減を拒否する加入者とで区別され、
    前記低減を受諾する場合に、前記調整部は、前記低減を受諾する加入者宅の充電量の合計と、前記上限と前記低減を拒否する加入者宅の充電量の合計との差との比率に基づいて前記充電量を調整する、請求項１０に記載のエネルギー管理制御装置。
12. 前記蓄電装置は、前記加入者宅ごとの据置電池と車上バッテリーとを含み、
    前記作成部は、前記据置電池の充電計画に基づいて前記車上バッテリーの充電計画を作成する、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のエネルギー管理制御装置。
13. 前記作成部は、前記加入者宅ごとの家電機器の運転計画に基づいて前記充電計画を作成する、請求項１２に記載のエネルギー管理制御装置。
14. さらに、前記運転計画を策定する策定部を具備する、請求項１３に記載のエネルギー管理制御装置。
15. 配電網から電力を供給される複数の加入者宅に適用されるエネルギー管理方法であって、
    前記供給された電力により充電される蓄電装置の充電計画を作成し、
    前記複数の加入者宅ごとの充電計画のもとで消費される電力の総和を前記配電網の供給電力の上限以下に保つべく、前記作成された充電計画を調整し、
    前記調整された充電計画に基づいて前記蓄電装置を充電すべく、当該蓄電装置を充電する充電器を制御する、エネルギー管理方法。
16. さらに、加入者宅ごとの前記充電計画に基づく充電量および充電期間の予約情報を、通信ネットワークを介して接続される他の加入者宅から取得し、
    前記調整することは、前記充電量および前記充電期間の少なくともいずれか一方を、前記取得された予約情報に基づいて加入者間で相互に調整する、請求項１５に記載のエネルギー管理方法。
17. さらに、加入者宅ごとの前記充電計画に基づく充電量および充電期間の予約情報を、通信ネットワークを介して接続されるサーバから取得し、
    前記調整することは、前記充電量および前記充電期間の少なくともいずれか一方を、前記取得された予約情報に基づいて調整する、請求項１５に記載のエネルギー管理方法。
18. 前記予約情報は、前記充電量の低減を受諾する加入者と前記充電量の低減を拒否する加入者とで区別され、
    前記低減を受諾する場合に、前記調整することは、前記低減を受諾する加入者宅の充電量の合計と、前記上限と前記低減を拒否する加入者宅の充電量の合計との差との比率に基づいて前記充電量を調整する、請求項１７に記載のエネルギー管理方法。
19. 前記蓄電装置は、前記加入者宅ごとの据置電池と車上バッテリーとを含み、
    前記作成することは、前記据置電池の充電計画に基づいて前記車上バッテリーの充電計画を作成する、請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載のエネルギー管理方法。
20. 前記作成することは、前記加入者宅ごとの家電機器の運転計画に基づいて前記充電計画を作成する、請求項１９に記載のエネルギー管理方法。
21. さらに、前記運転計画を策定する手順を含む、請求項２０に記載のエネルギー管理方法。
22. 配電網から電力を供給される複数の加入者宅に備えられるコンピュータにより実行されるプログラムであって、
    前記プログラムは、
    前記供給された電力により充電される蓄電装置の充電計画を作成し、
    前記複数の加入者宅ごとの充電計画のもとで消費される電力の総和を前記配電網の供給電力の上限以下に保つべく、前記作成された充電計画を調整し、
    前記調整された充電計画に基づいて前記蓄電装置を充電すべく、当該蓄電装置を充電する充電器を制御する、プログラム。
23. さらに、加入者宅ごとの前記充電計画に基づく充電量および充電期間の予約情報を、通信ネットワークを介して接続される他の加入者宅から取得し、
    前記調整することは、前記充電量および前記充電期間の少なくともいずれか一方を、前記取得された予約情報に基づいて加入者間で相互に調整する、請求項２２に記載のプログラム。
24. さらに、加入者宅ごとの前記充電計画に基づく充電量および充電期間の予約情報を、通信ネットワークを介して接続されるサーバから取得し、
    前記調整することは、前記充電量および前記充電期間の少なくともいずれか一方を、前記取得された予約情報に基づいて調整する、請求項２２に記載のプログラム。
25. 前記予約情報は、前記充電量の低減を受諾する加入者と前記充電量の低減を拒否する加入者とで区別され、
    前記低減を受諾する場合に、前記調整することは、前記低減を受諾する加入者宅の充電量の合計と、前記上限と前記低減を拒否する加入者宅の充電量の合計との差との比率に基づいて前記充電量を調整する、請求項２４に記載のプログラム。
26. 前記蓄電装置は、前記加入者宅ごとの据置電池と車上バッテリーとを含み、
    前記作成することは、前記据置電池の充電計画に基づいて前記車上バッテリーの充電計画を作成する、請求項２２乃至２５のいずれか１項に記載のプログラム。
27. 前記作成することは、前記加入者宅ごとの家電機器の運転計画に基づいて前記充電計画を作成する、請求項２６に記載のプログラム。
28. さらに、前記運転計画を策定する手順を実行する命令を含む、請求項２７に記載のプログラム。

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