JP2014023389A - 電力需給制御装置及び電力需給制御方法 - Google Patents

電力需給制御装置及び電力需給制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 電力調整の要請を行う時刻によらずに、需要家に対する負担を低減することが可能な電力需給制御装置及び電力需給制御方法を提供する。
【解決手段】 実施形態の電力需給制御装置は、要請対象ごとに、要請を受けてから要請により指定された調整を開始するまでの最小調整時間を記憶する記憶部と、調整を開始する第１時刻において、第１時刻における供給電力量の予測値と、第１時刻における需要電力量の予測値とが乖離している場合に、記憶部が記憶する最小調整時間を用いて、複数の要請対象の中から、第１時刻よりも一定時間前の第２時刻における要請の対象となる対象を選択する選択部と、選択部が選択した要請対象に対して第２時刻までに要請を行うべき第１調整量を算出する第１算出部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電力需給バランスを制御する装置及び方法に関する。
電力系統の運用に際して、発電または配電する電力供給業者等が、電力を使用する需要家に対して電力調整(削減または増加)の要請を行うことで、電力系統全体として需要電力量と供給電力量のバランスである電力需給バランスを制御するための技術が提案されている。
電力供給業者等は、事前に予測される需要電力量と供給電力量に基づいて電力調整を各需要家に要請する。需要家はこの要請を受けて電力調整を実施するため、電力供給業者が電力調整の要請を行う時刻と需要家が電力調整を開始する時刻との間には時間差がある。
電力需給バランスの制御の精度を優先させる場合には、上記の時間差を小さくすることが好ましいが、電力供給業者が需要家に対して要請を行う時刻によっては、電力調整を実施する時刻の直前になってしまい、需要家が電力調整の要請に対応できないこともあるし、需要家に対する負担が大きくなってしまうことが考えられる。
特開２０１０−１６６６３６号公報
電力調整の要請を行う時刻によらずに、需要家に対する負担を低減することが可能な電力需給制御装置及び電力需給制御方法を提供する。
実施形態の電力需給制御装置は、電力の供給と需要に応じて、消費電力量を調整可能な複数の要請対象に対してそれぞれの消費電力量の調整量を指定した要請を行う電力需給制御装置において、前記要請対象ごとに、前記要請を受けてから前記要請により指定された調整を開始するまでの最小調整時間を記憶する記憶部と、前記調整を開始する第１時刻において、前記第１時刻における供給電力量の予測値と、前記第１時刻における需要電力量の予測値とが乖離している場合に、前記記憶部が記憶する前記最小調整時間を用いて、前記複数の要請対象の中から、前記第１時刻よりも一定時間前の第２時刻における前記要請の対象となる要請対象を選択する選択部と、前記選択部が選択した要請対象に対して前記第２時刻までに前記要請を行うべき第１調整量を算出する第１算出部とを備える。
実施形態の電力需給制御方法は、電力の供給と需要に応じて、消費電力量を調整可能な複数の要請対象に対してそれぞれの消費電力量の調整量を指定した要請を行う電力需給制御装置における電力需給制御方法であって、前記要請対象ごとに、前記要請を受けてから前記要請により指定された調整を開始するまでの最小調整時間を前記要請対象から受信するステップと、選択部が、前記調整を開始する第１時刻において、前記第１時刻における供給電力量の予測値と、前記第１時刻における需要電力量の予測値とが乖離している場合に、前記最小調整時間を用いて、前記複数の要請対象の中から、前記第１時刻よりも一定時間前の第２時刻における前記要請の対象となる要請対象を選択するステップと、第１算出部が、前記選択部が選択した要請対象に対して前記第２時刻までに前記要請を行うべき第１調整量を算出するステップとを有する。
電力制御システムの概略図。 第一の実施形態に係る電力制御システムの構成図。 第一の実施形態に係る機器情報の一例を示す図。 第一の実施形態に係る使用量の一例を示す図。 第一の実施形態に係る機器情報（全需要家）の一例を示す図。 第一の実施形態に係るDR計画の一例を示す図。 第一の実施形態に係る電力需給制御方法を示すフローチャート。 第二の変形例に係る目標値の一例を示す図。 第二の実施形態に係る電力制御システムの構成図。 第二の実施形態に係る機器情報の一例を示す図。 第二の実施形態に係る機器情報の一例を示す図。 第二の実施形態に係る機器情報の一例を示す図。 第三の実施形態に係る電力制御システムの構成図。 第三の実施形態に係る機器情報の一例を示す図。 第四の実施形態に係る電力制御システムの構成図。
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１は電力制御システム１００の概略を示す図である。
図１の電力制御システム１００は、大きくは電力を使用する複数の需要家１０からなるグループ２０と、グループ２０に属する需要家１０に対して電力を供給する電力供給業者３０とに分かれており、需要家１０が備える電力管理装置５０と電力供給業者３０が備える電力需給制御装置６０がインターネット網または電力網を含むネットワーク４０を介して接続されている。各需要家１０は例えばエアコンや照明、計算機等の電力量を消費する電気機器（以下、単に機器）１１を１または複数備えている。電力供給業者３０は、各需要家１０が備える機器１１に対して電力を供給する。
需要家１０としては、例えば一般家庭やオフィスビル等が考えられ、ここでのグループ２０としては、一般家庭の集合やオフィスビルの集合、またはそれらが混在するものであってもよい。また、電力供給業者３０としては、電力の発電から配電までを事業とする業者であってもよいし、電力の配電のみを事業とする業者であってもよい。また、アグリゲーターと呼ばれる電力事業者と需要家を仲介するような業者であってもよい。
グループ２０は、全体として複数の要請対象を有している。この要請対象とは、グループ２０全体として消費する電力量（需要電力量）を調整（削減または増加）可能な機器１１である。すなわち、電力量の調整を要請する対象となる機器１１である。なお、要請対象としては、各需要家１０が備える機器１１ごとに１つの要請対象としてもよいし、各需要家１０が備える全ての機器１１を含めて１つの要請対象としてもよい。
図２は、第一の実施形態に係る電力制御システム１００の構成を示す図である。
以下では、各需要家１０が備える機器１１ごとに１つの要請対象とする例を説明する。すなわち、以下では、要請対象を単に機器１１と呼ぶ。
各需要家１０は、複数の機器１１を備える。各需要家１０に所属するオペレータがこれらの機器１１を使用することにより電力量（消費電力量）を消費する。全てまたは一部の需要家１０の機器１１には、独自に発電するために太陽光発電システム等の発電装置１２や充放電のための蓄電装置１３が含まれるものであってもよい。なお、前述の需要電力量は、グループ２０が備える全ての要請対象の消費電力量の総和として考えることができる。
各需要家１０は、需要家内の電力を管理する電力管理装置５０を備えている。各需要家１０が備える機器１１は、有線または無線で電力管理装置５０に接続されており、この電力管理装置５０により、後述する機器１１の消費電力量や機器情報等の情報を管理している。また、電力管理装置５０は機器１１の運転を、オペレータに代わり制御することができる。
電力供給業者３０は、電力制御システム１００の全体として電力需給バランスを制御する電力需給制御装置６０を備えている。この電力需給制御装置６０は、ネットワーク４０を介して各需要家１０の電力管理装置５０から送信されるデータに基づいて、全体として電力需給バランスを制御するためにDR計画を作成する。このDR計画には、例えば各需要家１０が備える機器１１毎に要請する消費電力量の調整量（削減量または増加量）が含まれている。ここで、調整量とは、需要家１０が機器１１の使用に際して、所定の時間（例えば時間帯）毎に消費する基準の電力量（以下、基準値）からの削減または増加（調整）可能な電力量である。ここでは、削減要請の場合は削減量を、増加要請の場合は増加量を調整量とする。すなわち、調整量は、削減量、増加量いずれの場合においても正の値をとるものとする。なお、基準値としては、例えば需要家１０が機器１１を使用するにあたり最低限必要となる消費電力量や、要請による制約のない状態における過去の消費電力量の平均値等を用いることができる。
また、電力需給制御装置６０は、このDR計画に基づいて、各需要家１０の電力管理装置５０に対してデマンドレスポンス信号（DR信号）を送信する。このDR信号は、調整量を指定するものであることが好ましい。また、上記のDR信号には、発電装置１２に対して指定する調整量として、発電量が含まれるものであってもよい。また、蓄電装置１３に対して指定する調整量として、充放電量が含まれるものであってもよい。
なお、以下の説明では、１日を１時間単位で２４の区分に分割して、この分割された区分を時間帯と呼ぶ。ここでは、時間帯の時間間隔は１時間で固定とする。また、ここでは、7：00から19：00をDR計画の対象とする。すなわち、7:00−8：00の時間帯から18：00−19：00の時間帯の合計１２の時間帯を考える。
本実施形態では、電力需給制御装置６０は、DR計画の対象の時間帯以前（例えば6：00）に１日分（7：00から19：00）のDR計画を作成する。そして、DR計画の対象の時間帯以前（例えば7：00）に全ての需要家１０に対して一斉にDR信号を送信する。
（電力管理装置）
以下、図２を参照して電力管理装置５０の構成について詳細に説明する。
電力管理装置５０は、ネットワーク４０を介して電力需給制御装置６０との間でデータを送受信する通信部５１を備える。また、機器情報作成部５２、電力情報収集部５３、機器制御部５４、記憶部５５を備える。機器情報作成部５２、電力情報収集部５３、機器制御部５４としては、CPU等の演算処理装置を用いる。また、記憶部５５としては、メモリや磁気ディスク装置等の記憶装置を用いる。
機器情報作成部５２は、各需要家１０が備える全ての機器１１について機器１１毎の機器情報を作成し、記憶部５５に格納する。図３に示すように機器情報は、機器１１を特定するための機器ID（i番目の需要家が備えるk番目の機器：機器（i,k））、機器１１の種類を表す機器タイプ、機器１１の要請に対応可能な能力を表す調整余力情報を含む。機器IDとしては、機器情報作成部５２が、例えば電力管理装置５０に機器１１が接続されたタイミングに、例えば接続した順番に割り振ることができる。また、機器タイプとしては、機器情報作成部５２が、例えば電力管理装置５０に機器１１が接続されたタイミングに機器１１から取得することができる。
調整余力情報は、機器１１の消費電力量から単位電力量（１kWh）を調整する際のコストを示す「応答単価」を含む。すなわち、この応答単価に調整量を乗算することで得られる値が、機器１１の消費電力量の調整に伴い需要家１０に対して与えるコストを表すことになる。このコストとしては、例えば消費電力量の調整の際に需要家１０が要する金額や、各需要家１０が感じる不快度を示す指標とすることができる。
また、調整余力情報は、通信部５１がDR信号を受けてから消費電力量の調整を開始するまでの最小の時間を示す「最小調整時間」を含む。この最小調整時間は、通信部５１がDR信号を受けるタイミングから後述の機器制御部５４が機器１１の運転の制御を開始するタイミングまでに最低限必要な時間を示している。すなわち、この最小調整時間により、通信部５１がDR信号を受けるタイミングを制限することができる。
また、調整余力情報は、基準値からの削減または増加（調整）可能な調整量の最大値を示す「最大調整量」を含む。ここでは、最大調整量には、調整量の最大値として、削減量の最大値と、増加量の最大値とが含まれている。図３において、「最大調整量」の項目には、「削減量の最大値／増加量の最大値」として記載されている。
また、必要に応じて、調整余力情報は、１日通算で要請に対応可能な時間の上限値を示す「通算対応時間」、１日通算で調整可能な調整量（絶対値量）の上限値を示す「通算調整量」を含む。
なお、調整余力情報は、例えば需要家１０がタッチパネル等の入力部５７を用いて機器１１毎に設定することもできるし、電力供給業者３０が機器１１毎に事前に設定することもできる。調整余力情報は定期的に更新することができる。
電力情報収集部５３は、各需要家１０が備える全ての機器１１トータルの消費電力量（使用量）を電力計等の検出部５８により定期的（例えば時間帯毎）に検出する。検出して得た使用量を、図４に示すような時系列データとして記憶部５５に格納する。このとき、電力情報収集部５３は、機器１１毎の消費電力量を検出して、この総和として全ての機器１１トータルの消費電力量を検出するものであってもよい。
このとき、需要家１０が発電装置１２を備える場合には、発電装置１２を除いた全ての機器１１トータルの消費電力量から発電装置１２による発電量を差し引いた値を使用量とする。また、需要家１０が蓄電装置１３を備える場合には、蓄電装置１３を除いた全ての機器１１トータルの消費電力量から蓄電装置１３による放電量を差し引いた値を使用量とする。なお、蓄電装置１３が充電する際には、充電量を消費電力量として考慮する。
なお、電力情報収集部５３が機器１１の使用量を検出することができない場合には、電力情報収集部５３において、補間処理や過去の履歴に基づいて推定を行うものであってもよい。また、電力情報収集部５３が機器１１の使用量を検出する周期が長く、最新の使用量が得られていない場合には、電力情報収集部５３において、上記と同様に補間処理や過去の履歴に基づいて現時刻までの使用量の値を推定するものであってもよい。
機器制御部５４は、通信部５１から受け取るDR信号に基づいて、機器１１の消費電力量を、基準値に対して調整量を加減した後の電力量に近づける方向に機器１１の運転を制御する。ここで、機器１１の運転を制御するとは、機器１１のON/OFFの切り替えや、運転条件（例えば、エアコン等の場合には温度設定）の切り替え等を制御することを言う。
すなわち、機器制御部５４は、調整量として消費電力量の削減量が指定された場合には、機器１１の消費電力量を基準値から調整量を減算した消費電力量に近づける方向に機器１１の運転を制御する。また、調整量として消費電力量の増加量が指定された場合には、機器１１の消費電力量を基準値から調整量を加算した消費電力量に近づける方向に機器１１の運転を制御する。
通信部５１は、機器情報及び使用量を記憶部５５から得て、ネットワーク４０を介して電力需給制御装置６０の通信部６１に対して機器情報及び使用量を定期的に、またはリアルタイムに送信する。また、通信部５１は、電力需給制御装置６０の通信部６１からDR信号を受信する。
（電力需給制御装置）
以下、図２を参照して電力需給制御装置６０の構成について詳細に説明する。
電力需給制御装置６０は、ネットワーク４０を介して電力管理装置５０との間でデータを送受信する通信部６１を備える。また、目標値算出部６２、選択部６３、第１算出部６４、計画作成部６５、記憶部６６を備える。目標値算出部６２、選択部６３、第１算出部６４、計画作成部６５としては、CPU等の演算処理装置を用いる。また、記憶部６６としては、メモリや磁気ディスク装置等の記憶装置を用いる。
目標値算出部６２は、記憶部６６が記憶する全ての需要家１０の使用量と、電力の供給計画とから得られる供給電力量の予測値と需要電力量の予測値との乖離値である需給アンバランスを算出する。目標値算出部６２は、この需給アンバランスを解消するために必要となる時間帯毎の電力量（目標値）を算出する。目標値算出部６２は、例えば供給計画が登録されるタイミングに目標値を算出する。
ここで、供給計画とは、時間帯毎にグループ２０が有する機器１１に対して電力供給業者３０から電力の供給が計画（予測）されている供給電力量の予測値ことである。ここでは、供給計画としては時間帯毎に一定の値が登録されているものとする。なお、この供給計画としては、DR計画の対象の時間帯以前（例えば5：00）に、例えば現在時刻以降の１日分の計画を登録することができる。
また、需給アンバランスとは、グループ２０全体として消費する予定の需要電力量の予測値から、供給計画に示される供給電力量の予測値を減算することで得られる値である。この値は、プラスの場合には需要過多であり、マイナスの場合には供給過多であることを表す。
目標値算出部６２は、需給アンバランスがプラスの場合には削減量の目標値を算出し、需給アンバランスがマイナスの場合には増加量の目標値を算出する。具体的には、削減量及び増加量の目標値としては、例えば需給アンバランスの絶対値として算出することができる。
なお、需要電力量の予測値としては、例えば記憶部６６が記憶する各需要家１０の使用量の過去のデータを参照することで、DR計画の対象となる時間帯毎に使用量の総和として算出することができる。例えば、DR計画の対象となる時間帯と同日同時刻の過去数年分のデータの平均として算出するものであってもよいし、DR計画の対象となる時間帯に予測されている温度等の気象条件を基準として、同様の気象条件であった日時について複数のデータの平均として算出するものであってもよい。
また、目標値としては、上記に限らず、例えば過去の気象条件等の傾向から予測される需給電力量の予測モデルに基づいて算出されるものであってもよい。また、目標値は、電力会社や上位のエネルギー管理システムから与えられたものであってもよい。
選択部６３は、全ての需要家１０についての機器情報に含まれる最小調整時間を用いて、各時間帯に供給電力量の予測値と需給電力量の予測値とが乖離している場合に、要請の対象となる機器１１を選択する。すなわち、要請の対象となる時間帯の始まりの時刻よりも少なくとも最小調整時間前の時刻に要請が可能な機器１１を選択する。具体的には、最小調整時間が、DR信号を送信する時刻ｔ０と要請の対象となる時間帯の時刻ｔ１との間の時間間隔以下の機器１１を使用要請対象として選択する。
ここで、全ての需要家１０についての機器情報が図５のように与えられた際に、DR信号を送信する時刻ｔ０を7：00とし、12：00−13：00の時間帯に要請の対象となる機器を選択する場合を例に説明する。この場合には、要請の対象となる時間帯（12：00−13：00）の始まりの時刻である12：00を時刻ｔ１とする。また、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間の時間間隔は５時間である。
したがって、機器(1,1)の最小調整時間（１時間）、機器(1,2)の最小調整時間（３時間）、機器(2,1)の最小調整時間（６時間）の中で、最小調整時間が５時間以下の機器は機器(1,1)と機器(1,2)である。したがって、この例では、選択部６３は、機器(1,1)及び機器(1,2)を使用要請対象として選択することができる。このとき、例えば機器１１の機器ID（j,k）の昇順に使用要請対象の機器ID（k）を付与する。すなわち、以下では機器ID（ｋ）が付与された使用要請対象を使用要請対象ｋと呼ぶ。
第１算出部６４は、機器情報を用いて、使用要請対象に対して要請する調整量の総和が目標値に近づく方向に、時間帯毎に各使用要請対象に対して要請する調整量を算出する。第１算出部６４は、例えば目標値算出部６２が目標値を算出するタイミングで調整量を算出する。
第１算出部６４は、例えば各使用要請対象に対して要請する消費電力量の調整量を決定変数とする次式の最適化問題を解く。なお、この最適化問題の解法としては、厳密最適解を求めるソルバーであるilog CPLEX などの最適化ソルバーや、局所最適解を得るための手法であるシミュレーティッドアニーニング、タブーサーチ等のヒューリスティック手法を用いることができる。
すなわち、この例では第１算出部６４は、（式２）乃至（式５）の条件下で（式１）に示す消費電力量の調整に伴うコストの総和を最小に近づける方向に、各使用要請対象に対して要請する調整量を算出する。
なお、（式２）は使用要請対象に対して要請する調整量の総和が目標値以上であることを示している。（式３）は使用要請対象に対して要請する調整量が最大調整量以下であることを示している。（式４）は使用要請対象に対して要請するトータルの時間が通算対応時間以下であることを示している。（式５）は使用要請対象に対して要請するトータルの調整量が通算調整量以下であることを示している。
計画作成部６５は、第１算出部６４が算出する使用要請対象に対して要請する調整量を用いて使用要請対象に対するDR計画を作成する。計画作成部６５は、作成したDR計画を記憶部６６に格納する。
通信部６１は、記憶部６６からDR計画を得て、ネットワーク４０を介して電力管理装置５０の通信部５１に対してDR計画に沿ったDR信号を送信する。また、通信部６１は、電力管理装置５０の通信部５１から機器情報及び使用量を受信し、記憶部６６に格納する。
図６はDR計画の一例を示す図である。
図６のDR計画は、11:00から15:00までの合計４のそれぞれの時間帯（以下、スロット）に、グループ２０全体で使用する電力量を200(kWh)削減する例である。このDR計画は、第１算出部６４が図５の機器情報を用いて算出した結果である。
この例では、機器１については、12:00−14:00の２スロットに、それぞれ150(kWh)の調整量を要請し、機器２については、11:00−15:00の４スロットに、200、50、50、100(kWh)の調整量を要請し、機器３については、14:00−15:00の１スロットに、100(kWh)の調整量を要請する例となっている。
図７は、電力需給制御方法を説明するフローチャートである。
Step１では、通信部６１が、通信部５１から各需要家の使用量及び機器情報を受信する。また、受信した使用量及び機器情報を記憶部６６に格納する。
Step２では、目標値算出部６２が、記憶部６６から得る供給計画及び各需要家の使用量を用いて、時間帯ｔの目標値を算出する。
Step３では、選択部６３が、記憶部６６から得る機器情報を用いて、全ての機器１１の中から時間帯ｔに要請の対象となる使用要請対象を選択する。
以上のStep２およびStep３をDR計画の対象となる全ての時間帯について行う。
Step４では、第１算出部６４が、記憶部６６から得る機器情報を用いて、（式１）乃至（式５）の最適化問題を解くことで、時間帯毎に使用要請対象に対して要請する調整量を算出する。
Step５では、計画作成部６５が、第１算出部６４が算出する調整量を用いて、DR計画を作成する。また、Step６では、通信部６１が、通信部５１に対してDR計画に沿ったDR信号を送信する。
なお、以上の説明では、要請対象として、消費電力量を調整可能な電気機器とした。この機器としては、OA機器、給湯機器、家庭電気機器、エレベータ、動力機器などであっても構わない。また、要請に対応可能な能力を有する工場の生産ラインであっても構わない。
また、前述のように要請対象としては、例えば需要家毎に機器を管理している場合には、１つの機器を１つの要請対象とするのではなく、需要家が備える全ての機器を１つの要請対象とすることもできる。この場合には、例えば需要家毎に１つの調整余力情報を設定する。
また、時間帯の時間間隔は１時間として説明したが、この時間帯の時間間隔は午前/午後の２通りといった粗い単位であってもよいし、30分や15分間隔といった細かい単位であっても構わない。また時間間隔は必ずしも一定間隔でなくてもよい。
また、応答単価としては、調整量として削減量が指定された場合と、増加量が指定された場合とで異なる値を有してもよい。
また、機器１１として蓄電装置１３が含まれる場合には、電力管理装置５０は蓄電装置１３の蓄電状況（例えば残量）を監視し、電力需給制御装置１００に蓄電状況を送信することで、選択部６３は、蓄電装置１３を使用調整余力として選択する場合には、蓄電装置１３の最小調整時間に加え、蓄電装置１３の残量を用いることができる。すなわち、蓄電装置１３の残量が規定のパーセンテージ、例えば残量が５０％以上の蓄電装置１３のみを電力削減（放電）の要請の対象とし、５０％より低い蓄電装置１３は電力増加（充電）の要請の対象とすることができる。
本実施形態の電力需給制御装置または電力需給制御方法によれば、選択部が最小調整時間を用いて時間帯毎に要請の対象となる使用要請対象を選択するため、電力削減等の要請を行う時刻によらずに、需要家に対する負担を低減することが可能となる。
（第一の変形例）
需要家が使用する電力量に影響を及ぼし得る要因（例えば天候等）の変動により当初予測されていた需給アンバランスが大きく変更されることがある。この場合には、事前（例えば6：00）に作成されたDR計画では、十分な精度で電力需給バランスの制御を行うことが難しい。また、事前（例えば7：00）に全ての需要家１０に対して一斉にDR信号を送信する場合には、送信後にDR計画が変更になる場合等に対処できないことが考えられる。
そこで、本変形例では、電力需給制御装置６０が、DR計画を作成するタイミング及びDR信号を送信するタイミングが第一の実施形態とは異なる。
通信部６１は、各使用要請対象に対して要請する予定の時間帯の始まりの時刻ｔ２よりも最小調整時間前の時刻ｔ３に、この時点（時刻ｔ３）でのDR計画に沿って各使用要請対象に対してDR信号を送信する。
例として図６のDR計画を参照して説明すると、図５の機器情報が与えられた際には、通信部６１は、機器(1,1)に対しては時刻ｔ２（12：00）よりも最小調整時間（1時間）前の時刻ｔ３である11：00にDR信号を送信する。また、同様に、機器(1,2)及び機器(2,1)に対しては8：00にDR信号を送信する。
目標値算出部６２は、需要電力量が大きく変化することが予測される場合に自動で、またはオペレータが指示するタイミングに目標値を算出する。需要電力量が大きく変化するケースとしては、例えば天候の変動等が考えられる。
ここで、目標値算出部６２が各使用要請対象に対して要請する予定の時間帯（時刻ｔ２）の目標値を新たに算出する際、この時点より前に目標値算出部６２が算出した時刻ｔ２の目標値（第１目標値）に基づいて第１算出部６４が算出した時刻ｔ２の要請量を、通信部６１が既に一部の使用要請対象に対して送信している場合を考える。
この場合には、目標値算出部６２は、需給アンバランスの絶対値から、通信部６１がすでに送信した時刻ｔ２の調整量の総和を減算した値を新たな時刻ｔ２の目標値（第２目標値）として算出する。
第１算出部６４は、例えば目標値算出部６２が第２目標値を算出したタイミングで、機器情報及び第２目標値を用いて、（式１）乃至（式５）の最適化問題を解くことで、各使用要請対象に対して要請する調整量を算出する。なお、この場合（式３）の目標値Etとしては第２目標値を用いる。
計画作成部６５は、第１算出部６４が算出する使用要請対象に対して要請する調整量を用いて使用要請対象に対するDR計画を作成する。計画作成部６５は、作成したDR計画を記憶部６６に格納する。
これにより、電力需給制御装置６０は、直近の目標値から得られるDR計画を用いて、高精度に電力需給バランスを制御することができる。また、DR信号の送信のタイミングとしては、最小調整時間を考慮したものであるため、需要家に対する負担を低減することができる。
（第二の変形例）
需要家が使用する電力量に影響を及ぼし得る要因（例えば天候等）の変動により当初予測されていた需給アンバランスが大きく変更されることがある。したがって、事前（例えば6：00）にDR計画を作成する場合には、需給アンバランスが変更された際に対処できないことがある。
そこで、本変形例では、需要電力量が統計的な揺らぎを有する場合を考慮して、DR計画を作成する。ここでは、時間帯ｔにおける需要電力量ｘが密度関数f（x）に従って揺らぐため、目標値も密度関数f（y）に従って揺らぐことになる。すなわち、密度関数f（y）は、時間帯ｔの目標値y（kWh）を確率変数とする確率密度関数であり、時間帯ｔにy（kWh）の電力量の過不足が生じる確率を表す関数である。
目標値算出部６２は、例えば過去の時間帯における需要電力量の予測値と、同様の時間帯における需要電力量の実績値を用いて、DR計画の対象となる時間帯毎の目標値y（kWh）を確率変数とする密度関数f（y）を算出する。
このとき、密度関数f（y）の関数形、すなわち分布としては、過去の需要電力量の予測値と実績値の関係から推定することもできるし、経験的に知られている分布を用いることもできる。また、分布の有するパラメータとしては、例えば最尤推定等の公知の手法を用いることで推定することができる。
図８は、目標値が平均200（kWh）、標準偏差100のパラメータを有する正規分布の密度関数f（y）として与えられる例を示している。
第１算出部６４は、機器情報及び目標値算出部６２が算出した密度関数f（y）を用いて、例えば次式の最適化問題を解くことで、各使用要請対象に対して要請する調整量を算出する。
なお、ここでは最小調整時間の降順で、かつ最小調整時間が等しい場合には応答単価の昇順に使用要請対象の機器ID（k）を付与するものとする。ここで、機器ID（k）の使用要請対象をk番目の使用要請対象と呼ぶ。また、DR信号を送信するタイミングとしては、使用要請対象毎の最小調整時間を考慮して、調整に対応可能な最遅のタイミングとする。
上式において（式６）は、コストの期待値を表す目的関数である。ここでのコストとしては、機器１１の消費電力量の調整に伴い需要家１０に対して与えるコストと、要請する調整量の総和が目標値に達しない場合のコストが含まれる。
このとき、要請の有無の割り当てとして、ｗt kが時間帯ｔに使用する使用要請対象1〜kに対する調整量の合計量を表すことから、目標値yがｗt k-1以上である場合には、k番目の使用要請対象を使用するものとする。
ここで、k番目の使用要請対象の応答単価はCkであるため、（式６）中における次式はｋ番目の使用要請対象を使用する際に、需要家１０に対して与えるコストの期待値を表す。
一方、時間帯tの目標値yがｗt |k|より大きくなる場合は、全ての使用要請対象を使用した場合でも目標値に到達しない。過不足量にペナルティPを乗じることで得られる次式は、調整量の過不足が生じる際のコストの期待値を表す。
時間帯tのコストの期待値は、（式１２）のコストの期待値と、（式１３）のコストの期待値の和である。したがって、（式６）に示すように、目的関数は全ての時間帯ｔについてのコストの期待値の総和として与えられる。
第１算出部６４は、（式６）乃至（式１１）の最適化問題を解くことで、使用要請対象に対して要請する調整量の総和が目標値に近づく方向に、かつコストの期待値が最小に近づく方向に、時間帯毎に各使用要請対象に対して要請する調整量を算出する。なお（式６）乃至（式１１）の最適化問題を確率計画法を用いて解くこともできるし、サンプルパス最適化法などの近似解法を用いて解くこともできる。
これにより、電力需給制御装置６０は、目標値の統計的な揺らぎを考慮したDR計画を用いて、高精度に電力需給バランスを制御することができる。
（第二の実施形態）
図９は第二の実施形態に係る電力制御システム２００の構成図である。図９の電力管理装置５０の機器情報作成部５２は、図１０に示す調整余力情報を含む機器情報を作成する。
機器情報に含まれる調整余力情報として、機器１１の使用に際して、機器１１が調整可能な「最大調整量」を時間帯毎に有する。すなわち、これにより機器１１が消費電力量を調整する時間帯により異なる最大調整量を設定することができる。
また、調整余力情報として、機器１１の消費電力量から単位電力量（１kWh）を調整する際の「応答単価」を時間帯毎に有する。すなわち、これにより機器１１が消費電力量を調整する時間帯により異なる応答単価を設定することができる。
電力需給制御装置６０の第１算出部６４は、機器情報を用いて、例えば次式の最適化問題を解くことで、時間帯毎に各使用要請対象に対して要請する調整量を算出する。
なお、機器情報に含まれる調整余力情報の「最大調整量」、「応答単価」は、図１０に示すように時間帯毎に多段の値を有してもよいし、図１１に示すように要請の対象となる時間帯と電力管理装置５０がDR信号を受けるタイミングとの時間間隔に応じて多段の値を有してもよい。この場合、特に「応答単価」については、要請の対象となる時間帯と電力管理装置５０がDR信号を受けるタイミングとの時間間隔が短いほどより大きな値として設定する。
これにより、第１算出部６４は、各需要家１０が機器１１の消費電力量の調整に係る要請を受けてから対応するまでの時間間隔に起因する各需要家１０の不快度を最小にする方向に調整量を算出することができる。ここでの、不快度とは各需要家１０が要請を受けてから対応するまでの時間間隔が大きいほど小さな値を、時間間隔が小さいほど大きな値をとる、機器１１の消費電力量の調整に伴い需要家が感じる不快感を表す指標である。
また、例えばエアコンのように設定温度等の変更可能な運転条件が複数ある機器１１の場合には、図１２に示すように、調整余力情報の「最大調整量」、「応答単価」は、運転条件毎に多段の値を有してもよい。この場合、外気温等の外部環境に応じて複数のテーブルを設定することもできる。
本実施形態の電力需給制御装置または電力需給制御方法によれば、需要家に対する負担を、要請を受けてから対応するまでの時間間隔に起因する不快度として評価することで、この不快度を低減することが可能となる。
（第三の実施形態）
図１３は第三の実施形態に係る電力制御システム３００の構成図である。図１３の電力管理装置５０の機器情報作成部５２は、図１４に示す調整余力情報を含む機器情報を作成する。
すなわち、本実施形態では、調整量として、削減量を示す場合には正の値、増加量を示す場合には負の値をとる。
この場合、調整余力情報の最大調整量としては、調整量の最大値及び最小値、すなわち調整量として削減量が要請された場合の最大削減量（正の値）と、増加量が要請された場合の最大増加量（負の値）とが含まれている。また、通算調整量としては、１日通算で調整可能な調整量（絶対値量）の上限値を示す。すなわち、ここでの通算調整量は、調整量として例えば１日のうちに削減量と増加量の両方が要請された場合であっても、削減量の絶対値量と増加量の絶対値量の総和が満たすべきボーダーとなる。
目標値算出部６２は、需給アンバランスに等しい電力量を目標値として算出する。
第１算出部６４は、例えば各使用調整余力に対して要請する消費電力量の調整量を決定変数とする次式の最適化問題を解くことで、時間帯毎に各使用要請対象に対して要請する調整量を算出する。
本実施形態の電力需給制御装置または電力需給制御方法によれば、同一の時間帯において一部の機器（または需要家）に対しては電力増加要請を行い、また他の機器（または需要家）に対しては電力削減の要請を行う等、要請の自由度を増すことが可能となる。
（第四の実施形態）
図１５は第四の実施形態に係る電力制御システム４００の構成図である。図１５の電力需給制御装置６０は第２算出部６７をさらに備える。また、電力管理装置５０は表示部５６をさらに備える。
第２算出部６７は、DR計画と機器情報を用いて、各需要家１０に対するインセンティブを算出する。具体的には、DR計画に示される時間帯tに使用要請対象kに対して要請する調整量と、機器情報に示される時間帯tにおける使用要請対象kの応答単価を用いて、調整量と応答単価とを乗算することで、時間帯tにおける使用要請対象kについてのインセンティブを算出する。そして、全ての時間帯について各需要家１０が備える全ての使用要請対象kについてのインセンティブの総和により、各需要家１０に対するインセンティブを算出する。
通信部６１は、第２算出部６７が算出したインセンティブを得て、ネットワーク４０を介して電力管理装置５０の通信部５１に対してインセンティブを送信する。
表示部５６は、通信部５１からインセンティブを得て、例えばディスプレイ等によりインセンティブを表示する。
以上説明した少なくとも１つの実施形態の電力需給制御装置または電力需給制御方法によれば、電力削減等の要請を行う時刻によらずに、需要家に対する負担を低減することが可能となる。
これら実施形態は、例として提示したものであり、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、様々の省略、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同時に、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ものである。
１０・・・需要家
１１・・・機器
１２・・・発電装置
１３・・・蓄電装置
２０・・・グループ
３０・・・電力供給業者
４０・・・ネットワーク
５０・・・電力管理装置
５１・・・通信部
５２・・・機器情報作成部
５３・・・電力情報収集部
５４・・・機器制御部
５５・・・記憶部
５６・・・表示部
５７・・・入力部
５８・・・検出部
６０・・・電力需給制御装置
６１・・・通信部
６２・・・目標値算出部
６３・・・選択部
６４・・・第１算出部
６５・・・計画作成部
６６・・・記憶部
６７・・・第２算出部
１００、２００、３００、４００・・・電力制御システム

Claims (10)

  1. 電力の供給と需要に応じて、消費電力量を調整可能な複数の要請対象に対してそれぞれの消費電力量の調整量を指定した要請を行う電力需給制御装置において、
    前記要請対象ごとに、前記要請を受けてから前記要請により指定された調整を開始するまでの最小調整時間を記憶する記憶部と、
    前記調整を開始する第１時刻において、前記第１時刻における供給電力量の予測値と、前記第１時刻における需要電力量の予測値とが乖離している場合に、前記記憶部が記憶する前記最小調整時間を用いて、前記複数の要請対象の中から、前記第１時刻よりも一定時間前の第２時刻における前記要請の対象となる要請対象を選択する選択部と、
    前記選択部が選択した要請対象に対して前記第２時刻までに前記要請を行うべき第１調整量を算出する第１算出部と、
    を備える電力需給制御装置。
  2. 前記選択部は、前記最小調整時間が、前記第１時刻と前記第２時刻との間の時間間隔以下の要請対象を選択する請求項１に記載の電力需給制御装置。
  3. 前記第２時刻は、前記第１時刻よりも前記最小調整時間だけ前の時刻であって、
    前記第２時刻に、前記要請対象に対して前記第１調整量を指定する信号を送信する通信部をさらに備える請求項１または２に記載の電力需給制御装置。
  4. 前記第１算出部は、前記第１調整量を調整する際に伴うコストを算出し、前記コストの総和が最小に近づく方向に前記第１調整量を算出する請求項１乃至３いずれか１項に記載の電力需給制御装置。
  5. 前記第１算出部は、前記第２時刻に前記要請対象が前記要請を受けた場合に、前記第１調整量を調整する際に伴うコストを算出し、前記コストの総和が最小に近づく方向に前記第１調整量を算出する請求項１乃至３いずれか１項に記載の電力需給制御装置。
  6. 前記コストを用いてインセンティブを算出する第２算出部をさらに備える請求項３乃至５いずれか１項に記載の電力需給制御装置。
  7. 前記第１算出部は、前記供給電力量と前記需要電力量との乖離値を変数とする確率密度関数を算出する請求項１に記載の電力需給制御装置。
  8. 前記要請対象は、前記電力の供給を受ける需要家が備える１つの機器である請求項１乃至７いずれか１項に記載の電力需給制御装置。
  9. 前記要請対象は、前記電力の供給を受ける需要家が備える複数の機器であり、
    前記記憶部は、前記需要家が前記要請を受けてから指定された調整を開始するまでの最小調整時間を記憶する請求項１乃至７いずれか１項に記載の電力需給制御装置。
  10. 電力の供給と需要に応じて、消費電力量を調整可能な複数の要請対象に対してそれぞれの消費電力量の調整量を指定した要請を行う電力需給制御装置における電力需給制御方法であって、
    前記要請対象ごとに、前記要請を受けてから前記要請により指定された調整を開始するまでの最小調整時間を前記要請対象から受信するステップと、
    選択部が、前記調整を開始する第１時刻において、前記第１時刻における供給電力量の予測値と、前記第１時刻における需要電力量の予測値とが乖離している場合に、前記最小調整時間を用いて、前記複数の要請対象の中から、前記第１時刻よりも一定時間前の第２時刻における前記要請の対象となる要請対象を選択するステップと、
    第１算出部が、前記選択部が選択した要請対象に対して前記第２時刻までに前記要請を行うべき第１調整量を算出するステップと、
    を有する電力需給制御方法。
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