JP2014054156A - 電力需給調整装置、電力需給調整方法及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】需要家の利便性を損なうことなく、需給調整の不確実性を低減でき、かつコストの低減が可能な電力需給調整装置、電力需給調整方法及びそのプログラムを提供する。
【解決手段】電力需給調整装置１０は、需給調整総量及び各需要家からの受電点電圧値と所定時間毎の電力需給量とを取得するデータ取得部１１と、データ取得部１１で取得した所定時間毎の電力需給量から各需要家の時刻毎の電力需給量の分散値を算出する需給量分散算出部１３と、データ取得部１１で取得した受電点電圧値を利用し各需要家が需給調整をした場合の効果を評価して調整効果値を算出する調整効果評価部１４と、電力需給量の分散値を利用し調整対象となる需要家を選択する指令算出部１５と、選択された各需要家に対して電気料金やインセンティブを決定し各需要家に通知する料金・インセンティブ決定部１７と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、需要家の利便性を損なうことなく、需給調整の不確実性を低減でき、かつコストの低減が可能な電力需給調整装置、電力需給調整方法及びそのプログラムに関する。

近年、情報通信技術（ＩＣＴ）を利用することにより、太陽光発電や風力発電等の分散型電源や需要家の情報を統合・活用して、高効率、高品質、高信頼な電力供給システム（スマートグリッド）の実現を目指す動きが注目されている。情報通信技術が様々な電力使用機器に適用されるようになると、より細かい単位で電力情報の取得や電力の需給制御が可能となる。例えば、電力不足が発生した場合には、需要家に対して個別に電力抑制を実施するといったことが可能となる。

複数の需要家に対して電力利用を制限又は抑制する方法としては、電力会社が需要家への電力供給量を調整する機能を備えた電力メーターを用いる方法、予め設定された条件に従って機器毎に電力供給を選択的に制限する方法、
スマートメータを利用したデマンド・レスポンスによる方法などがある。また、電力抑制による性能損失を推定することにより電力を動的に割り当てるデータセンターを対象とした方法もある。

特開２０１１−１２０４６１号公報 特開２０１１−１０１５３６号公報 特開２０１０−１２８８１０号公報 特開２０１１−１２３８７３号公報

スマートグリッドを運用監視する装置から需要家に対して需給調整を行うには、一般に、強制的な調整を実施するデマンド・サイド・マネジメント（ＤＳＭ）による方法と、電力料金設定や需要家に対するインセンティブの設定等によって需要家の需給を調整するデマンド・レスポンス（ＤＲ）による方法の２つに大別される。このうち、後者のＤＲによる需給調整は、需要家の利便性を大きく損なうことがないことがメリットである。

しかし、需給調整のための運用において、スマートグリッドの運用事業者ができるだけコストを掛けずに、目標とする需給調整を達成できるデマンド・レスポンス指令を決定することが困難であった。

また、対象となる需要家の絞り込みは、契約電力の大小や需要家の種別（一般家庭、店舗、ビル、工場）などにより行われており、料金差はこれらに加え時刻によって調整が行われているが、このような既存の方法では、需給調整の不確実性を低減することができず、コスト削減に寄与するものではなかった。

本発明の実施形態は、需要家の利便性を損なうことなく、需給調整の不確実性を低減でき、かつコスト低減が可能な電力需給調整装置、電力需給調整方法、及びそのプログラムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る電力需給調整装置は、複数の需要家に対して、電力需給を調整するための指令を発する電力需給調整装置であって、電力使用量の上限値としての需給調整総量、及び各需要家からの受電点電圧値と所定時間毎の電力需給量とを取得する取得部と、前記取得部で取得した所定時間毎の前記電力需給量から、前記各需要家の時刻毎の電力需給量の分散値を算出する分散算出部と、前記取得部で取得した前記受電点電圧値から、前記各需要家が需給調整をした場合の効果を評価して調整効果値を算出する調整効果評価部と、少なくとも前記電力需給量の分散値を用いて調整対象となる需要家を選択するとともにその需要家への電力需給調整量を決定し、前記各需要家に対する需給調整量の和が前記需給調整総量を超過するまで対象となる需要家を選択する指令算出部と、少なくとも前記調整効果値を用いて選択された各需要家に対して、電気料金やインセンティブを決定し、各需要家に通知する料金・インセンティブ決定部と、を有することを特徴とする。

また、前記のような実施形態で実行される方法や機能を実現するプログラムも本発明の実施形態の１つである。

本発明の第１の実施形態に係る電力需給調整装置を用いたスマートグリッドの構成例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る電力需給調整装置及び電力計測装置の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る電力需給調整装置のデータ保持部で保持される各需要家についての計測値の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る電力需給調整方法の処理動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る電力需給調整装置を用いたスマートグリッドの構成例を示す概略図である。 第２の実施形態に係る電力需給調整装置及び電力計測装置の構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る電力需給調整装置のデータ保持部で保持される各需要家についての計測値の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る電力需給調整方法の処理動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

［第１の実施形態］
（構成）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る電力需給調整装置を用いたスマートグリッドの構成例を示す。

本スマートグリッド１は、電力系統に、発電所２、第１の太陽光発電３（ＰＶ１）及びバッテリ４の電力設備と、これらの電力設備からの電力需給を調整する電力需給調整装置１０と、調整された電力の供給を受ける需要家１、需要家２、・・・需要家ｉの消費電力量をそれぞれ計測する電力計測装置２０ａ、電力計測装置２０ｂ・・・電力計測装置２０ｉと、を備えている。

次に、図２に、電力需給調整装置１０及び電力計測装置２０の詳細を示す。

本電力需給調整装置１０は、外部からのデータを取得するデータ取得部１１と、取得したデータを保持するデータ保持部１２と、取得したデータや保持した過去のデータを基に各需要家１〜ｉのある時刻における需給量分散値を算出する需給量分散算出部１３と、取得したデータを基に各需要家１〜ｉが需給調整をした場合の効果を評価する調整効果評価部１４と、需給量の分散値及び需給調整の効果を基に需給調整を依頼する需要家１〜ｉを決定し、その調整量を算出する指令算出部１５と、各需要家１〜ｉに対して需給調整指令を出力する出力部１６と、電気料金やインセンティブを決定し、各需要家に通知する料金・インセンティブ決定部１７と、を備えている。

また、電力需給調整装置１０は、入力装置５及び電力計測装置２０ａ、２０ｂ・・・２０ｉに接続されている。

ここで、入力装置５は、電力需給調整装置１０のデータ取得部１１と接続されており、供給可能な電力や予備電力の容量など、需要家１〜ｉの電力使用量の上限値を計算するために必要な情報を入力するための装置である。入力装置５は、コンピュータでもよいし、上位のエネルギー管理装置等であってもよい。

また、電力計測装置２０ａ、２０ｂ・・・２０ｉは、それぞれ各需要家負荷７ａ、７ｂ・・・７ｉと接続され、これらの消費電力量を計測等する装置である。この電力計測装置２０ａ、２０ｂ・・・２０ｉとしては、スマートメータ（通信・制御機能付きの電力計）を想定している。また、電力計測装置２０ａ、２０ｂ・・・２０ｉは、各需要家負荷７ａ、７ｂ・・・７ｉの消費電力量及び受電点電圧を計測する計測部２１と、電力需給調整装置１０から取得した電力使用量上限値に基づいて、需要家負荷７ａ、７ｂ・・・７ｉの電力使用量を制限する制御部２２とを有している。

さらに、電力需給調整装置１０のデータ保持部１２には、電力計測装置２０ａ、２０ｂ・・・２０ｉから得た消費電力量（電力需給量）及び受電点電圧の計測値が例えば、図３に示すような形式で保持されているものとする。

図３に示すデータにおいては、電力系統から需要家１、需要家２、・・・需要家ｉの順に配置されている場合（図１参照）に、任意の時刻における消費電力量と受電点電圧が記録されている。時刻（１０：１３）における各需要家の受電点電圧は、需要家１が１０３Ｖ、需要家２が１０１Ｖ、・・・需要家ｉが９９Ｖのように、電力系統からの距離が離れるに従って低下している。

（電力需給調整方法）
次に、図４に基づき、電力需給調整装置１０を用いた電力需給調整方法について説明する。

図４は、図２に示す電力需給調整装置１０の処理動作を説明するためのフローチャートである。この図では、各需要家負荷７ａ、７ｂ・・・７ｉの消費電力量や受電点電圧を取得し、電力需要の調整指令を送信するまでの一連のステップＳ１１〜Ｓ１７を示している。

（ステップＳ１１：需給調整総量Ｐａと時刻ｔ_１〜ｔ_２の指定）
まず、運用事業者によって所望の需給調整総量Ｐａ[Ｗ]及び需給調整時刻ｔ_１,ｔ_２が入力装置５に入力されると、電力需給調整装置１０のデータ取得部１１がこれらの需給調整総量Ｐａ及び時刻ｔ_１,ｔ_２を受信する。これにより、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２の期間でＰａ[Ｗ]の需給調整が実施される。

（ステップＳ１２：需給量の分散Ｓ２_ｉの算出）
次に、電力需給調整装置１０の需給量分散算出部１３は、データ保持部１２に保持されたデータ（図３参照）を基に、各需要家ｉの需給調整時刻における需給量の分散Ｓ２_ｉを式１により算出する。

・・・式１

ここで、過去のデータ点数をｎ、過去データｊの時刻ｔ_１から時刻ｔ_２おける平均電力需給量をＸ_ｉｊ[Ｗ]、全過去データの平均値をｍ_iとする。また、平均値ｍ_iは式２により算出する。

・・・式２

また、算出に用いる過去のデータは、図３に示したデータのみならず、需給調整条件に応じて抽出したデータを用いてもよい。たとえば、季節や曜日などの条件により過去データを抽出したのちに分散を計算してもよい。

（ステップＳ１３：需給調整による効果の算出）
さらに、電力需給調整装置１０の調整効果評価部１４は、各需要家の需給調整に対する効果を評価する。評価の一例として、各需要家の受電点電圧Ｖ_ｉ（Ｖ）を用いて、式３により各需要家の評価値Ｌ_ｉ（Ｖ）を算出する。

・・・式３

ここで、定数１０１は、低圧における電圧規定範囲（日本における低圧１００Ｖの電圧規定範囲１０１±６）の中央値であり、中央値との差が大きい評価値Ｌ_ｉ（Ｖ）を有する需要家ほど、需給調整の効果が高いと評価することになる。これは、負荷が大きいと、電圧が低下することに起因する評価である。ＰＶの電力が余っている場合は、逆になる。

例えば、図３に示すように、時刻（１０：１３）における需要家１の受電点電圧が１０３Ｖ、需要家２の受電点電圧が１０１Ｖ、・・・需要家ｉの受電点電圧が９９Ｖの場合、電力系統からの距離が最も離れた需要家ｉの受電点電圧が式３の計算値が最も大きく、需給調整の効果が高くなる。

（ステップＳ１４：需給調整指令を送信する需要家の決定）
さらに、電力需給調整装置１０の指令算出部１５において、需給調整指令を送信する需要家を決定する。本実施形態では、各需要家の分散と調整効果の評価値との積を用い(式４)、これらの積が大きい需要家に対して順に需給調整指令を出すものとする。

・・・式４

（ステップＳ１５：需給調整指令を送信する需要家に対する調整量の決定）
また、各需要家への需給調整量は式５に示すように、分散値Ｓ２_ｉの平方根値Ｓ_ｉを用いるものとする。

・・・式５

上述したように、指令算出部１５は、式４の値が大きい順に各需要家に対して、式５で算出される需給調整量の指令を出すものとし、各需要家に出される需給調整量の和がステップＳ１１で入力された需給調整総量Ｐａ[Ｗ]を超過するまで、調整対象の需要家を選択するものとする。

（ステップＳ１６：需給調整量指令の送信）
次に、エネルギー管理装置１の出力部１６は、ステップＳ１４で算出した各需要家への需給調整量指令を電力計測装置２０ａ〜２０ｉへ送信する。

（ステップＳ１７：料金・インセンティブの決定）
さらに、料金・インセンティブ決定部１７は、指令算出部１５で選択された調整対象の需要家に対して、それぞれ電気料金やインセンティブを決定し、各需要家に通知する。

電気料金については、電力供給量を減らしたいときは電気料金を上げ、電力供給量を増やしたいときは電気料金を下げることにして、上記各需要家に通知する。また、インセンティブは、需要家にポイントや賞金を与えたりして需要者に電気料金減額以外の見返りを与えるものである。式４の値が大きい各需要家に対しては、需給量を調整し易い観点から他の需要家よりインセンティブを小さくしてもよいし、逆に調整に対する謝礼の意味合いで他の需要家よりインセンティブを大きくしてもよい。

（効果）
本実施形態によれば、各需要家の分散と調整効果の評価値との積を用い(式４)、これらの積が大きい需要家に対して順に需給調整指令を出すものとしているので、デマンド・レスポンス指令の発効対象とする需要家を選択的に絞り込むことができる。

また、対象となる需要家毎にインセンティブや料金に差をつけることにより、調整量の不確実性を低減させながらコスト削減も同時に実現することが可能になる。

このため、需要家の利便性を損なうことなく、デマンド・レスポンス指令の効果に対する不確実性とコストを調整できるようになり、スマートグリッドの運用におけるコストを低減することができる。

［第２の実施形態］
（構成）
図５に、本発明の第２の実施形態に係る電力需給調整装置を用いたスマートグリッドの構成例を示す。

本スマートグリッド１’は、需要家１’、需要家２’、・・・需要家ｊの後段に第２の太陽光発電（ＰＶ２）８を設け、かつ電力需給調整装置１０を電力需給調整装置１０’とした以外は、第１の実施形態のスマートグリッド１と同様に構成されている。

次に、図６に、電力需給調整装置１０’の詳細を示す。

本電力需給調整装置１０’は、需給量の分散値（式１）を基に需給調整を依頼する需要家１〜ｊを決定してその調整量を算出する指令算出部１５’と、受電点電圧Ｖ_ｊ（Ｖ）を用いて算出した需要家の評価値Ｌ_ｊ（Ｖ）（式３）を基に決定した需要家に対して電気料金やインセンティブを決定し、各需要家に通知する料金・インセンティブ決定部１７’とを設けた以外は、第１の実施形態の電力需給調整装置１０と同様に構成されている。

また、電力需給調整装置１０’のデータ保持部１２には、電力計測装置２０ｃ、２０ｄ・・・２０ｊから得た消費電力量（電力需給量）及び受電点電圧の計測値が例えば、図７に示すような形式で保持されているものとする。

図７に示すデータにおいては、電力系統から需要家１’、需要家２’、・・・需要家ｊの順に配置され、需要家ｊの後段に第２の太陽光発電（ＰＶ２）８を設けた場合（図５参照）に、任意の時刻における消費電力量と受電点電圧が記録されている。時刻（１０：１３）における各需要家の受電点電圧は、需要家１’が１０１Ｖ、需要家２’が１０２Ｖ、・・・需要家ｊが１０４Ｖのように、第２の太陽光発電（ＰＶ２）８に距離が近づくに従って増大している。

（電力需給調整方法）
次に、図８に基づき、電力需給調整装置１０’を用いた電力需給調整方法について説明する。

図８は、図６に示す電力需給調整装置１０’の処理動作を説明するためのフローチャートである。この図では、各需要家負荷７ｃ、７ｄ・・・７ｊの消費電力量や受電点電圧を取得し、電力需要の調整指令を送信するまでの一連のステップＳ１１〜Ｓ１７’を示している。

本実施形態の電力需給調整方法では、ステップＳ１１での需給調整総量Ｐａと時刻ｔ_１〜ｔ_２の指定、ステップＳ１２での需給量の分散Ｓ２_ｉの算出、ステップＳ１３での需給調整による効果の算出までは、第１の実施形態の電力需給調整方法と同様である。

ここで、ステップＳ１３においては、電力需給調整装置１０’の調整効果評価部１４が第１の実施形態と同様に、各需要家の受電点電圧Ｖ_ｉ（Ｖ）を用いて式３により各需要家の評価値Ｌ_ｉ（Ｖ）を算出する。この際、図７に示すように、時刻（１０：１３）における需要家１’の受電点電圧が１０１Ｖ、需要家２’の受電点電圧が１０２Ｖ、・・・需要家ｊの受電点電圧が１０４Ｖの場合、電力系統からの距離が最も離れた需要家ｊの受電点電圧が定数１０１と最も値が離れているため、需給調整の効果が最も高くなる。

次に、本実施形態の電力需給調整方法では、ステップＳ１４’において、分散を用いて需給調整指令を送信する需要家を決定する。すなわち、需要家の過去の電力需給量データを基に需給調整が必要な時刻における需給量の分散が大きい需要家に絞ってデマンド・レスポンス指令を発効する。

過去の需給量の分散が大きいということは、需給の調整がし易いと考えられる。このため、デマンド・レスポンス指令の対象を過去の需給量の分散が大きい需要家に絞り込むことで、需給調整の不確実性が低減可能となる。

引き続く工程であるステップＳ１５での需給調整量の決定、ステップＳ１６での各需要家への需給調整指令の送信の工程は、第１の実施形態の電力需給調整方法と同様である。

さらに、本実施形態の電力需給調整方法では、ステップＳ１７’において、需給調整による効果の多寡で料金・インセンティブを決定している。すなわち、電圧変動による局所的な対応のための需給調整では、需要家の受電点における電圧値に応じてインセンティブを決定することにより、効果に比例したコストで需給調整が可能となる。

（効果）
本実施形態によれば、過去の需給量の分散が大きい需要家に対して順に需給調整指令を出すものとしているので、デマンド・レスポンス指令の発効対象とする需要家を選択的に絞り込むことができる。

また、対象となる需要家毎にインセンティブや料金に差をつけることにより、調整量の不確実性を低減させながらコスト削減も同時に実現することが可能になる。

このため、需要家の利便性を損なうことなく、デマンド・レスポンス指令の効果に対する不確実性とコストを調整できるようになり、スマートグリッドの運用におけるコストを低減することができる。

[他の実施形態]
（１）上記の各実施形態では、図１に示す電力需給調整装置１０を用いる例を示したが、この電力需給調整装置１０の各機能をコンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納することもできる。なお、この場合、データ保持部１２は、プログラムの外部に設けても良い。

（２）第１の実施形態では電力系統から需要家１、需要家２、・・・需要家ｉの順に配置されているスマートグリッドを示し、第２の実施形態では電力系統から需要家１’、需要家２’、・・・需要家ｊの順に配置され、かつ需要家ｊの後段に第２の太陽光発電（ＰＶ２）８を設けたスマートグリッドを示したが、第１の実施形態と第２の実施形態においてこれらの配置を逆にしても良い。

（３）デマンド・リスポンス指令の発効対象とする需要家の絞込みに関して、第１の実施形態では「分散」と「調整効果の評価値」との積を指標とし（ステップＳ１４）、第２の実施形態では「分散」を指標としたが（ステップＳ１４’）、「分散」以外に、「契約電力の大きさ」を指標とすることもできる。

（４）以上、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、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同様に、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。

１…スマートグリッド
２…発電所
３…第１の太陽光発電
４…バッテリ
５…入力装置
６…商用電源
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｉ，７ｊ…需要家負荷
８…第２の太陽光発電
１０，１０’…電力需給調整装置
１１…データ取得部
１２…データ保持部
１３…需給量分散算出部
１４…調整効果評価部
１５，１５’…指令算出部
１６…出力部
１７，１７’…料金・インセンティブ決定部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｉ，２０ｊ…電力計測装置
２１…計測部
２２…制御部

Claims (7)

1. 複数の需要家に対して、電力需給を調整するための指令を発する電力需給調整装置であって、
   電力使用量の上限値としての需給調整総量、及び各需要家からの受電点電圧値と所定時間毎の電力需給量とを取得する取得部と、
   前記取得部で取得した所定時間毎の前記電力需給量から、前記各需要家の時刻毎の電力需給量の分散値を算出する分散算出部と、
   前記取得部で取得した前記受電点電圧値から、前記各需要家が需給調整をした場合の効果を評価して調整効果値を算出する調整効果評価部と、
   少なくとも前記電力需給量の分散値を用いて調整対象となる需要家を選択するとともにその需要家への電力需給調整量を決定し、前記各需要家に対する需給調整量の和が前記需給調整総量を超過するまで対象となる需要家を選択する指令算出部と、
   少なくとも前記調整効果値を用いて選択された各需要家に対して、電気料金やインセンティブを決定し、各需要家に通知する料金・インセンティブ決定部と、
   を有することを特徴とする電力需給調整装置。
2. 前記指令算出部は、前記各需要家の電力需要の分散値及び前記電力需要の調整効果値の積を用いて調整対象となる需要家を選択することを特徴とする請求項１記載の電力需給調整装置。
3. 前記料金・インセンティブ決定部は、前記各需要家の電力需要の分散値及び前記電力需要の調整効果値の積を用いて調整対象となる需要家を選択することを特徴とする請求項１又は２記載の電力需給調整装置。
4. 複数の需要家に対して、電力需給を調整するための指令を発する電力需給調整装置を用いた電力需給調整方法であって、
   電力使用量の上限値としての需給調整総量、及び各需要家からの受電点電圧値と所定時間毎の電力需給量とを取得する取得工程と、
   前記取得工程で取得した所定時間毎の前記電力需給量から、前記各需要家の時刻毎の電力需給量の分散値を算出する分散算出工程と、
   前記取得工程で取得した前記受電点電圧値から、前記各需要家が需給調整をした場合の効果を評価して調整効果値を算出する調整効果評価工程と、
   少なくとも前記電力需給量の分散値を用いて調整対象となる需要家を選択するとともにその需要家への電力需給調整量を決定し、前記各需要家に対する需給調整量の和が前記需給調整総量を超過するまで対象となる需要家を選択する指令算出工程と、
   少なくとも前記調整効果値を用いて選択された各需要家に対して、電気料金やインセンティブを決定し、各需要家に通知する料金・インセンティブ決定工程と、
   を有することを特徴とする電力需給調整方法。
5. 前記指令算出工程は、前記各需要家の電力需要の分散値及び前記電力需要の調整効果値の積を用いて調整対象となる需要家を選択することを特徴とする請求項４記載の電力需給調整方法。
6. 前記料金・インセンティブ決定工程は、前記各需要家の電力需要の分散値及び前記電力需要の調整効果値の積を用いて調整対象となる需要家を選択することを特徴とする請求項４又は５記載の電力需給調整方法。
7. 電力使用量の上限値としての需給調整総量、及び各需要家からの受電点電圧値と所定時間毎の電力需給量とを取得する機能と、
   前記取得した所定時間毎の前記電力需給量から、前記各需要家の時刻毎の電力需給量の分散値を算出する機能と、
   前記取得した前記受電点電圧値から、前記各需要家が需給調整をした場合の効果を評価して調整効果値を算出する機能と、
   少なくとも前記電力需給量の分散値を用いて調整対象となる需要家を選択するとともにその需要家への電力需給調整量を決定し、前記各需要家に対する需給調整量の和が前記需給調整総量を超過するまで対象となる需要家を選択する機能と、
   少なくとも前記調整効果値を用いて選択された各需要家に対して、電気料金やインセンティブを決定し、各需要家に通知する機能と、
   をコンピュータに実現させるためのプログラム。

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