JP2016073113A - 充放電制御プログラム、充放電制御方法および充放電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気料金の節約額が低減することを抑止する。【解決手段】実施形態の充放電制御プログラムは、コンピュータに、使用に応じた電気料金が生じる電力系統および電力系統による電力で充電される蓄電池から供給される電力の需要予測に基づいて、電気料金と、蓄電池の劣化とを最小とする目的関数の最適化問題を解くことで、電気料金および蓄電池の劣化をより小さくする、蓄電池への充放電制御にかかる充放電計画を生成する処理を実行させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、充放電制御プログラム、充放電制御方法および充放電制御装置に関する。

従来、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）、ＢＥＭＳ（Building Energy Management System）、ＣＥＭＳ（Community Energy Management System）等のＥＭＳ（Energy Management System）は、蓄電池を用いた電気料金の節約を行っている。ＥＭＳでは、電気料金の安い時間帯に蓄電池に満充電し、電気料金の高い時間帯に蓄電池から放電する充放電制御を日々繰り返す満充電方式で電気料金の節約を実現する。

特開２０１３−１０６４７６号公報

しかしながら、満充電方式による電気料金の節約では、長期間にわたる満充電および放電の繰り返しによって蓄電池の蓄電容量の劣化が進み、電気料金の節約額が減少してしまう問題がある。例えば、蓄電池の蓄電容量の劣化が進むと、電気料金の安い時間帯に充電し、電気料金の高い時間帯に放電する電力量が減少してしまうため、電気料金の節約額が初期よりも減少する。

１つの側面では、電気料金の節約額が低減することを抑止できる充放電制御プログラム、充放電制御方法および充放電制御装置を提供することを目的とする。

第１の案では、充放電制御プログラムは、コンピュータに、使用に応じた電気料金が生じる電力系統および電力系統による電力で充電される蓄電池から供給される電力の需要予測に基づいて、電気料金と、蓄電池の劣化とを最小とする目的関数の最適化問題を解くことで、電気料金および蓄電池の劣化をより小さくする、蓄電池への充放電制御にかかる充放電計画を生成する処理を実行させる。

本発明の１実施態様によれば、電気料金の節約額が低減することを抑止できる。

図１は、実施形態にかかる充放電制御装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、電力需要の予測を説明する説明図である。 図３は、劣化量の計算を説明する説明図である。 図４は、劣化速度の近似を説明する説明図である。 図５は、解の選択を説明する説明図である。 図６は、充放電制御の処理を例示するフローチャートである。 図７は、表示画面を説明する説明図である。 図８は、充放電計画の実施を説明する説明図である。 図９は、１０年分のシミュレーション結果を説明する説明図である。 図１０は、実施形態にかかる充放電制御装置のハードウエア構成例を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態にかかる充放電制御プログラム、充放電制御方法および充放電制御装置を説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態で説明する充放電制御プログラム、充放電制御方法および充放電制御装置は、一例を示すに過ぎず、実施形態を限定するものではない。また、以下の各実施形態は、矛盾しない範囲内で適宜組みあわせてもよい。

図１は、実施形態にかかる充放電制御装置１の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、管理システム１００は、充放電制御装置１と、電力系統２と、ＨＥＭＳ３と、蓄電池システム４とを有する。充放電制御装置１は、ＨＥＭＳ３において、電力系統２より供給される電力による蓄電池システム４の充電と、蓄電池システム４からの放電とを制御する。具体的には、充放電制御装置１は、蓄電池システム４における充放電制御にかかる充放電計画を作成し、作成された充放電計画をＨＥＭＳ３に出力する。この充放電計画は、蓄電池システム４における充放電を時間ごとに規定した制御計画の情報である。ＨＥＭＳ３は、充放電制御装置１により出力された充放電計画に従って蓄電池システム４の充放電を制御する。

電力系統２は、電力会社から需要家（本実施形態では各家庭）に電力を供給する。電力系統２から供給される電力の使用には、使用した電力量に応じた電気料金（コスト）が生じる。この電力系統２の使用による電気料金は、１ヶ月などの期間（時間）ごとの電力量をもとに、所定の算出式で算出される。また、電力系統２の使用による電気料金は、深夜、早朝、日中、夜間などの一日の時間帯によって電力量ごとの単価が異なる。例えば、電力需要の少ない深夜は、電力需要の多い日中に比べて電力量ごとの単価が安くなる。

ＨＥＭＳ３は、配電装置、壁などに設置された端末装置、計測器（電力計、電圧計、電流計、温度計など）、サーバ装置などを有し、家庭における電力を管理する。なお、本実施形態では各家庭におけるＨＥＭＳ３を例示するが、ＢＥＭＳ、ＣＥＭＳ等のＥＭＳの何れであってもよいことは言うまでもないことである。

具体的には、ＨＥＭＳ３は、電力系統２および蓄電池システム４より供給される電力を配電装置を介して各電気機器へ配電する。また、ＨＥＭＳ３は、電力系統２の使用電力量、各電気機器へ配電した電力量、蓄電池システム４の充放電にかかる電力量、蓄電池システム４の状態（電圧、電流、温度）等を計測器で計測する。計測器は、計測結果をサーバ装置や充放電制御装置１へ通知する。また、端末装置は、各種情報を表示するディスプレイ（表示部）と、ユーザの操作入力を受け付ける操作キー等の操作部とを有し、ＨＥＭＳ３における電力状況の確認や、蓄電池システム４の充放電にかかる設定などの各種設定を行う。

また、ＨＥＭＳ３は、サーバ装置による制御のもと、電力系統２および蓄電池システム４より供給される電力の各電気機器へ配電を制御する。また、ＨＥＭＳ３は、充放電制御装置１により出力された充放電計画に従って、蓄電池システム４の充放電を制御する。例えば、ＨＥＭＳ３は、充放電計画に従い、電気料金の安い時間帯には蓄電池システム４に充電し、電気料金の高い時間帯に各電気機器へ配電する場合には蓄電池システム４から放電された電力を供給するようにする。これにより、ＨＥＭＳ３は、電力系統２の使用により生じる電気料金を低く抑え、電気料金の節約ができる。なお、本実施形態では各家庭におけるＨＥＭＳを例示するが、ＢＥＭＳ、ＣＥＭＳ等のＥＭＳの何れであってもよいことは言うまでもないことである。

蓄電池システム４は、リチウムイオン電池などの蓄電池と、この蓄電池における充放電を行うためのパワーコンディショナとを有する。蓄電池システム４は、ＨＥＭＳ３の制御のもと、電力系統２より供給される電力をパワーコンディショナを介して蓄電池に充電する。また、蓄電池システム４は、ＨＥＭＳ３の制御のもと、蓄電池から放電される電力をパワーコンディショナを介して配電装置へ供給する。なお、蓄電池システム４における蓄電池は、ＨＥＭＳ３に接続されて充放電が可能なものであれば何れであってもよく、家屋に設置された定置型の蓄電池の他、配電装置からの充電ケーブルに接続された電気自動車（ＥＶ）の蓄電池であってもよい。

充放電制御装置１は、電力需要集計部１０１、電力需要予測部１０２、蓄電量計算部１０３、劣化量計算部１０４、条件設定部１０５、充放電計画計算部１０６、パレート生成部１０７およびラインサーチ部１０８を有する。これらの機能構成は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が充放電制御プログラムを順次実行することで実現される（詳細は後述する）。

電力需要集計部１０１は、ＨＥＭＳ３の計測器による計測結果を集計する。また、電力需要集計部１０１は、１時間などの時間帯ごとに、ＨＥＭＳ３の各電気機器の使用による電力需要によって各電気機器へ実際に供給した電力量（以下、実電力需要ともよぶ）を集計する。この集計した実電力需要は、各電気機器の電力需要を予測するために、電力需要予測部１０２へ出力する。また、電力需要集計部１０１は、ＨＥＭＳ３の計測器による計測結果と、実電力需要とを、蓄電量計算部１０３および劣化量計算部１０４へ出力する。

電力需要予測部１０２は、電力需要集計部１０１によって時間帯ごとに集計された実電力需要をもとに、ＨＥＭＳ３の各電気機器における時間帯ごとの電力需要量を予測する。例えば、１日（２４時間（ｈ））分の充放電計画を作成する場合、電力需要予測部１０２は、１日分の時間帯との電力需要量を予測する。電力需要予測部１０２は、予測した電力需要量を条件設定部１０５へ出力する。

図２は、電力需要の予測を説明する説明図である。図２において、横軸は１日（２４時間（ｈ））の時間を示し、縦軸は時間帯ごとの電力量（Ａｈ）を示す。また、実電力需要の一つの線は、１日分のデータを示している。図２に示すように、電力需要予測部１０２は、電力需要集計部１０１によって集計された実電力需要を、例えば、１年または１ヶ月などの所定の期間にわたって記憶する。そして、電力需要予測部１０２は、所定の期間にわたって記憶された実電力需要の平均値を予測値とする。なお、電力需要予測部１０２は、予測値の算出の際に乱数によって平均値近傍の値となるように調整してもよい。

また、電力需要予測部１０２は、ＨＥＭＳ３の端末装置などによるユーザからの操作入力をもとに、電力使用にかかる情報を受け付け、受け付けた情報に基づいた電力重要量を予測してもよい。例えば、電力使用にかかる情報としては、平日／休日、ユーザの在宅の有無、在宅時間および季節などがある。電力需要予測部１０２は、電力使用にかかる情報をもとに、電力使用が平均よりも小さくなると見込まれる場合には平均値よりも小さい値に予測し、平均よりも大きくなると見込まれる場合には平均値よりも大きい値に予測する。

例えば、平日や、ユーザが不在である場合には、電力使用が平均よりも小さくなると見込まれることから平均値より小さい値に予測する。また、休日や、ユーザが在宅である場合には、電力使用が平均よりも大きくなると見込まれることから平均値より大きい値に予測する。

なお、電力需要予測部１０２は、電力使用にかかる情報に基づいた電力重要量の予測を時間帯ごとに行ってもよい。例えば、ユーザが在宅する時間帯については、電力使用が平均よりも大きくなると見込まれることから平均値より大きい値に予測する。また、夏季にユーザが在宅する時間帯や、冬季の夜間などは、冷暖房の使用が見込まれることから、平均値より大きい値に予測する。

蓄電量計算部１０３は、ＨＥＭＳ３の計測器による計測結果と、実電力需要とをもとに、蓄電池システム４の蓄電池における蓄電量を計算する。ここで、次のとおりに変数を定義して蓄電量の計算を説明する。

時刻に関係する各変数は次のとおりに定義する。
ｔ：ｔは連続時間（最小分解能時間）であり実数とする。
ｋ：ｋは離散時間（ｋ＝１、２、…）であり自然数とする。
ｈ：ｈは充放電間隔であり実数とする。ここでは、ｈ＝６０［ｍｉｎ］とする。
＃以下の変数は、全て正の実数スカラの変数とする。
ｃ［ｋ］：ｃ［ｋ］は時刻ｋｈ≦ｔ＜（ｋ＋１）ｈにおける充電量［Ａｈ］とする。
ｄｃ［ｋ］：ｄｃ［ｋ］は時刻ｋｈ≦ｔ＜（ｋ＋１）ｈにおける放電量［Ａｈ］とする。
ｓ［ｋ］：ｓ［ｋ］は時刻ｋｈ≦ｔ＜（ｋ＋１）ｈにおける蓄電池の蓄電量［Ａｈ］とする。
Ｓ_ｃａ［ｋ］：Ｓ_ｃａ［ｋ］は時刻ｋｈ≦ｔ＜（ｋ＋１）ｈにおける充電容量［Ａｈ］とする。
ｄ［ｋ］：ｄ［ｋ］は時刻ｋｈ≦ｔ＜（ｋ＋１）ｈにおける電力需要［Ａｈ］とする。ただし、実電力需要はｄ_ｒ［ｋ］、電力需要の予測値はｄ_ｐ［ｋ］とする。
Ｐ_ｒ［ｋ］：Ｐ_ｒ［ｋ］は時刻ｋｈ≦ｔ＜（ｋ＋１）ｈにおける電気料金［円／Ａｈ］とする。
ｂ［ｋ］：ｂ［ｋ］は時刻ｋｈ≦ｔ＜（ｋ＋１）ｈにおける電力系統２からの買電量［Ａｈ］とする。

時刻に関係しない各変数は次のとおりに定義する。
Ｕ_ｃ：Ｕ_ｃは蓄電池システム４の充電速度の限界値［Ａｈ］とする。具体的には、蓄電池システム４は、１時間でＵ_ｃ［Ａｈ］まで充電できる。
Ｕ_ｄｃ：Ｕ_ｄｃは蓄電池システム４の放電速度の限界値［Ａｈ］とする。具体的には、蓄電池システム４は、１時間でＵ_ｄｃ［Ａｈ］まで放電できる。

蓄電量計算部１０３は、次の式（１）に示す状態推移式（ＴＳＥ（Transition State Equations）とも呼ぶ）に、時刻ｋにおけるＨＥＭＳ３が計測した計測結果と、実電力需要とを代入し、時刻ｋ＋１における蓄電池システム４の蓄電量ｓ［ｋ＋１］を計算する。蓄電量計算部１０３は、計算結果を条件設定部１０５へ出力する。

劣化量計算部１０４は、ＨＥＭＳ３の計測器による計測結果をもとに、蓄電池システム４の劣化量を計算する。ここでは、蓄電池システム４における劣化量は、電気料金等の計算がし易いように、劣化量＝蓄電できなくなった電力量とする。具体的には、劣化量は、最大の蓄電容量から劣化によって蓄電できなくなった蓄電容量［Ａｈ］として示す。劣化量計算部１０４は、計算結果を条件設定部１０５へ出力する。

ここで、次のとおりに変数を定義して蓄電池システム４の劣化量の計算を説明する。
Ｉ［ｋ］：Ｉ［ｋ］は時刻ｋに蓄電池システム４に入出力される電流容量［Ａｈ］とする。なお、Ｉ［ｋ］＝ｃ［ｋ］＋ｄｃ［ｋ］である。
Ｔ［ｋ］：Ｔ［ｋ］は時刻ｋにおける蓄電池システム４の内部温度とする。
Ｒ_ｄ［ｋ］：Ｒ_ｄ［ｋ］は時刻ｋにおける蓄電容量の劣化速度とする。
ＤｏＨ［ｋ］：ＤｏＨ［ｋ］は時刻ｋにおける蓄電容量の劣化量［Ａｈ］とする。

蓄電池システム４の内部温度は、蓄電池システム４に入出力される電流容量の２次関数であり、次の式（２）より算出される。

蓄電容量の劣化速度は、（内部温度の２次関数）×蓄電量の関係から次の式（３）より算出される。

式（２）、式（３）から、劣化量計算部１０４は、次の式（４）により蓄電池システム４の劣化量であるＤｏＨ［ｋ］を計算する。ここで、Ｉ（ｔ）がｔ∈［ｋｈ，（ｋ＋１）ｈ］で一定とするとＲ［ｋ］も一定であるものとする。図３は、劣化量の計算を説明する説明図である。式（４）におけるｓ（ｔ）の積分計算は、図３に示すように行うものとする。また、式（４）におけるＲ［ｋ］は４次関数、ｉｎｔｓ［ｋ］は１次関数である。

条件設定部１０５は、制約生成部１０５ａおよび目的関数生成部１０５ｂを有し、蓄電池システム４の充放電計画（時刻ｋにおけるｃ［ｋ］とｄｃ［ｋ］）を計算するための条件設定を行う処理部である。例えば、ｋｃを現在時刻、Ｈを先読み（予測）期間（ここでは２４時間）として、２４時間分の充放電計画（c［ｋ］，ｄｃ［ｋ］，ｋ＝ｋｃ，ｋｃ＋１，…，ｋｃ＋２４）を計算するものとする。

制約生成部１０５ａは、充放電計画を計算するための制約条件を生成する。制約生成部１０５ａは、例えば、ＴＳＥにおける制約条件をｄ＝ｄ_ｐ，ｋ∈［ｋｃ，Ｈ＋１］のように生成する。この制約条件は、予めメモリなどに設定された情報を参照することで得られる。

目的関数生成部１０５ｂは、目的関数を生成する処理部である。目的関数とは、電気料金Ｐ_ｒ［ｋ］、買電量ｂ［ｋ］、劣化量ＤｏＨ［ｋ］等を用いてｋ期からｋ＋Ｈ期までに得られる利益を算出するための関数である。この目的関数は、予めメモリなどに設定された情報を参照することで得られる。ここで、ｋ期からｋ＋Ｈ期までに得られる利益は、蓄電池システム４の充放電を利用することで電気料金を低く抑えて、電気料金の節約額を増やすとともに、蓄電池システム４の劣化量を低く抑えることで得られる。したがって、目的関数生成部１０５ｂは、充放電計画（ｃ［ｋ］，ｄｃ［ｋ］，ｋ＝ｋｃ，ｋｃ＋１，…，ｋｃ＋２４）に対する電気料金Ｊ_ｃ［円］および劣化量Ｊ_ｈ［Ａｈ］を求める目的関数を生成する。

具体的には、目的関数生成部１０５ｂは、電気料金Ｊ_ｃについて、次の式（５）の目的関数を生成する。また、目的関数生成部１０５ｂは、劣化量Ｊ_ｈについて、次の式（６）の目的関数を生成する。

充放電計画計算部１０６は、条件設定部１０５による条件設定をもとに、蓄電池システム４の充放電計画（時刻ｋにおけるｃ［ｋ］とｄｃ［ｋ］）を計算する。具体的には、充放電計画計算部１０６は、需要予測に対する利益を最大とする最適充放電計画を計算する。例えば、充放電計画計算部１０６は、条件設定部１０５により生成された目的関数のＪ_ｃおよびＪ_ｈを最小化とし、制約条件：ＴＳＥ（ｄ＝ｄ_ｐ，ｋ∈［ｋｃ，Ｈ＋１］）で解くことで、需要予測に対する２４時間分の利益を最大とする最適充放電計画を得る。

最適充放電計画の解き方は、上述した目的関数と制約条件における問題が現実的な計算時間で解け得るものであれば、何れであってもよい。例えば、計算時間に十分な時間をかけられる場合は、ＧＡ（Genetic Algorithm）やＰＳＯ（Particle Swarm Optimization）などのメタヒューリスティック最適化が考えられる。また、上述した最適化のアルゴリズムをチューニングすれば、計算時間も十分に早くできる可能性がある。なお、本実施形態では、問題を緩和（近似）して演算する方法を説明する。

上述した最適充放電計画を求める問題は、決定すべき変数（ｃ［ｋ］、ｄｃ［ｋ］）に対して、５次多項式を含むことから解くことが困難である。したがって、劣化速度Ｒ_ｄ［ｋ］を１次関数に近似し、解きやすい非凸２次計画問題に最適充放電計画を緩和（近似）する。図４は、劣化速度の近似を説明する説明図である。図４に示すように、劣化速度Ｒ_ｄ［ｋ］を１次関数に近似する。これにより、高速な内点法凸アルゴリズムによって最適充放電計画を解くことができる。

なお、非凸２次計画問題は、単目的最適化問題を解く手法であり、Ｊ_ｃおよびＪ_ｈについての多目的最適化問題に対応していない。そこで、本実施形態では、Ｊ_ｃおよびＪ_ｈの重み付き線形和を目的関数とし、逐次的に重みを変更して最適化問題を解くことにより、最適充放電計画を得る。具体的には、次の式（７）のとおりに演算することで、最適充放電計画を得る。

パレート生成部１０７は、充放電計画計算部１０６によって最適充放電計画を解くことにより、パレート最適となるパレート解を生成する。このパレート解は、Ｊ_ｃおよびＪ_ｈの利益について優劣がつけられない解の集合である。したがって、パレート解の中から一つの解（ＳＳ）を選び、そのＳＳを達成する充放電計画を最適充放電計画（ｃ_ｏｐｔ［ｋｃ］，…，ｃ_ｏｐｔ［ｋｃ＋Ｈ＋１］，ｄｃ_ｏｐｔ［ｋｃ］，…，ｄｃ_ｏｐｔ［ｋｃ＋Ｈ＋１］）とする。

具体的には、パレート生成部１０７は、生成したパレート解をラインサーチ部１０８へ出力する。ラインサーチ部１０８は、パレート解の中から所定の条件に従ったラインサーチ（探索）を行い、ＳＳを選ぶ。

図５は、解の選択を説明する説明図である。図５において、横軸は１日の電気料金、縦軸は１０年間使用で換算した蓄電池システム４の劣化率を示す。図５に示すように、パレート解ｏｐｔ＿Ｈは、電気料金および劣化率の両方を考慮した利益において優劣が付けられない解を結ぶグラフとして現れる。例えば、電気料金が最大（ｍａｘ）、劣化率を最小（ｍｉｎ）とする解はグラフの右端の×印のところとなる。そして、パレート解ｏｐｔ＿Ｈは、蓄電池システム４の劣化によって左にずれていき、予測によっても常に変動し続ける。

そこで、ラインサーチ部１０８は、電気料金を減らし、蓄電池システム４の劣化を悪化させる方向に解を順次探索していく。そして、ラインサーチ部１０８は、電気料金の減少が所定値未満となった点（解）をＳＳと選択し、そのＳＳを達成する充放電計画を最適充放電計画とする。なお、パレート解を達成する充放電計画は、パレート解を出した時点で得られており、メモリ上に保存されているものとする。

ラインサーチ部１０８は、選択したＳＳを達成する最適充放電計画（ｃ_ｏｐｔ［ｋｃ］，…，ｃ_ｏｐｔ［ｋｃ＋Ｈ＋１］，ｄｃ_ｏｐｔ［ｋｃ］，…，ｄｃ_ｏｐｔ［ｋｃ＋Ｈ＋１］）をＨＥＭＳ３に出力する。これにより、ＨＥＭＳ３では、最適充放電計画に従った蓄電池システム４の充放電を行うことで、電気料金を節約できるとともに、蓄電池システム４の劣化が進むことを低減できる。したがって、管理システム１００では、電気料金の節約額が低減することを抑止できる。

なお、上述した解（ＳＳ）の選択は、ＨＥＭＳ３の端末装置などによるユーザからの操作入力をもとに行ってもよい。具体的には、パレート生成部１０７は、生成したパレート解をＨＥＭＳ３へ出力し、ＨＥＭＳ３の端末装置の表示画面に表示させる。具体的には、図５に例示したグラフなどをＨＥＭＳ３の端末装置の表示画面に表示させる。そして、パレート生成部１０７は、ＨＥＭＳ３の端末装置におけるユーザからの操作入力をもとに、解（ＳＳ）の選択を受け付け、選択したＳＳを達成する最適充放電計画をＨＥＭＳ３に出力する。これにより、電気料金よりも蓄電池システム４の劣化を抑えたいなど、ユーザが所望する充放電計画での充放電制御が可能となる。

図６は、充放電制御の処理を例示するフローチャートである。図６に示すように、処理が開始されると、充放電制御装置１は、ＨＥＭＳ３の端末装置などから電力使用にかかる情報等の各種設定を受け付ける（Ｓ１０）。

図７は、表示画面Ｇを説明する説明図である。図７に示すように、Ｓ１０では、ＨＥＭＳ３の端末装置上に各種設定にかかる設定領域Ｇ１１、Ｇ１２を有する表示画面Ｇを表示させ、ユーザの操作キー等による操作入力をもとに、各種設定を受け付ける。具体的には、設定領域Ｇ１１では、ユーザ指定の有無（自動選択のＯＮ／ＯＦＦ）、平日／休日設定、季節設定、帰宅時間（在宅時間）設定などを受け付ける。なお、設定領域Ｇ１２は、解（ＳＳ）の選択を受け付けるための領域である（詳細は後述する）。

次いで、充放電制御装置１は、電力需要集計部１０１での電力需要の集計（Ｓ１１）と、電力需要予測部１０２での電力需要量の予測（Ｓ１２）とを行う。次いで、充放電制御装置１は、蓄電量計算部１０３による蓄電池システム４の蓄電量の計算と、劣化量計算部１０４による蓄電池システム４の劣化量の計算とを行って（Ｓ１３）、予測した電力需要量と、計算した蓄電量および劣化量を条件設定部１０５へ出力する。

次いで、充放電制御装置１は、制約生成部１０５ａにより制約条件を生成し（Ｓ１４）、目的関数生成部１０５ｂにより目的関数を生成する（Ｓ１５）。次いで、充放電制御装置１は、生成された制約条件と目的関数をもとに、充放電計画計算部１０６により充放電計画を計算する（Ｓ１６）。次いで、充放電制御装置１は、パレート生成部１０７によりパレート解を生成し、解（ＳＳ）の選択、すなわち充放電計画の選択を行う（Ｓ１７）。

具体的には、図７に示すように、生成したパレート解をＨＥＭＳ３の端末装置の表示画面Ｇに表示させる。そして、ユーザの操作キー等による操作入力をもとに、解（ＳＳ）の選択を受け付ける。例えば、設定領域Ｇ１２は、ユーザによる解の選択の有無を設定するボタン（手動パレート選択のＯＮ／ＯＦＦ）、ユーザが解を選択するためのパレート解のグラフなどが表示される。

ユーザ自身が解を選択しない場合には、手動パレート選択をＯＦＦに設定する。この場合、ラインサーチ部１０８がパレート解の中から所定の条件に従ったラインサーチ（探索）を行い、解（ＳＳ）を選ぶ。また、ユーザ自身が解を選択する場合には、手動パレート選択をＯＮに設定する。この場合、ユーザは、設定領域Ｇ１２のパレート解のグラフから所望の解を選択することができる。

次いで、充放電制御装置１は選択された充放電計画をＨＥＭＳ３に通知し、ＨＥＭＳ３では通知された充放電計画に従って蓄電池システム４の充放電を実施する（Ｓ１８）。なお、蓄電池システム４の充放電の実施は、モデル予測制御（ＭＰＣ：Model Predictive Control）の考え方を用い、Ｓ１１〜Ｓ１２の処理を繰り返して充放電計画を逐次更新していくことで、電力需要の予測外れに対する影響を最小限に抑えるようにしてもよい。

図８は、充放電計画の実施を説明する説明図である。図８に示すように、充放電制御装置１は、０〜０時（２４時間後）の電力需要の予測に基づき、多目的（電気料金および蓄電池システム４の劣化）の最適充放電計画（ｃ_ｏｐｔ［ｋｃ］，…，ｃ_ｏｐｔ［ｋｃ＋Ｈ＋１］，ｄｃ_ｏｐｔ［ｋｃ］，…，ｄｃ_ｏｐｔ［ｋｃ＋Ｈ＋１］）を計算する（Ｓ１０１）。そして、ＨＥＭＳ３では、計算された最適充放電計画により現在時刻分（０〜１時の充放電計画（ｃ_ｏｐｔ［ｋｃ］ｄｃ_ｏｐｔ［ｋｃ］，））だけを実行する（Ｓ１０２）。

次いで、充放電制御装置１は、次の離散時間において、０〜１時の実電力需要をフィードバック（ＦＢ）し、最適充放電計画を再計算する（Ｓ１０３）。具体的には、実電力需要によりＴＳＥ（ｄ＝ｄ_ｒ,ｃ＝ｃ_ｏｐｔ，ｄｃ＝ｄｃ_ｏｐｔ，ｋ＝ｋｃ）を計算してｓ［ｋｃ＋１］を求め、新たな条件もとで最適充放電計画を計算する。そして、ＨＥＭＳ３では、再計算された最適充放電計画により現在時刻分（１〜２時の充放電計画）だけを実行する（Ｓ１０４）。以下、Ｓ１０５、Ｓ１０６…のように、ｋｃをインクリメントしながら同様の処理を繰り返す。ただし、蓄電容量を次の式（８）で更新する。

以上のように、充放電制御装置１は、次時刻（ｋ＋１）では現在時刻（ｋ）の実電力需要をフィードバックして、最適充放電計画を解き直すようにする。これにより、ＨＥＭＳ３では、次時刻分において、前の時刻分の実電力需要がフィードバックされた充放電計画に従って蓄電池システム４の充放電を制御できる。したがって、ＨＥＭＳ３では、電力需要の予測外れに対する充放電計画への影響を低減することが可能となる。

以上のように、充放電制御装置１では、電力系統２および蓄電池システム４から供給される電力の需要予測に基づいて、電気料金と、蓄電池システム４の劣化とを最小とする目的関数の最適化問題を解くことで、電気料金および蓄電池の劣化をより小さくする、充放電計画を生成する。このため、生成された充放電計画に従って蓄電池システム４を充放電することで、ＨＥＭＳ３では、電気料金を節約できるとともに、蓄電池システム４の劣化が進むことを低減できる。このように、蓄電池システム４の劣化が進むことを低減できることから、蓄電池システム４を用いた節電を長期にわたって行う場合において、電気料金の節約額が初期よりも減少することを抑止できる。

図９は、１０年分のシミュレーション結果を説明する説明図である。図９に示すように、満充電方式と蓄電池システム４の劣化を抑えた充放電計画とを比較した場合、十年後において１日で約１５円の差が生じ、劣化を抑えた充放電計画の方が電気料金が安く利益が大きくなる。また、劣化を抑えた充放電計画の方が、十年後における蓄電容量の劣化も小さくなることから、蓄電池システム４を有効に利用できる期間を長く設定でき、蓄電池システム４の設備投資に対する費用対効果を大きくできる。

図１０は、実施形態にかかる充放電制御装置１のハードウエア構成例を示す図である。図１０が示すように、充放電制御装置１は、各種演算処理を実行するＣＰＵ５０１と、ユーザからのデータ入力を受け付ける入力装置５０２と、モニタ５０３とを有する。また、充放電制御装置１は、記憶媒体からプログラム等を読み取る媒体読取装置５０４と、他の装置と接続するためのインターフェース装置５０５と、他の装置と通信するための通信装置５０６とを有する。また、充放電制御装置１は、各種情報を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）５０７と、ハードディスク装置５０８とを有する。また、各装置５０１〜５０８は、バス５０９に接続される。

ハードディスク装置５０８は、図１に示した電力需要集計部１０１、電力需要予測部１０２、蓄電量計算部１０３、劣化量計算部１０４、条件設定部１０５、充放電計画計算部１０６、パレート生成部１０７およびラインサーチ部１０８と同様の機能を有する充電制御プログラムを記憶する。また、ハードディスク装置５０８には、充電制御プログラムを実現するための各種データが記憶される。

ＣＰＵ５０１は、ハードディスク装置５０８に記憶された各プログラムを読み出して、ＲＡＭ５０７に展開して実行することで、各種の処理を行う。また、これらのプログラムは、充放電制御装置１を、電力需要集計部１０１、電力需要予測部１０２、蓄電量計算部１０３、劣化量計算部１０４、条件設定部１０５、充放電計画計算部１０６、パレート生成部１０７およびラインサーチ部１０８として機能させることができる。

なお、上記の充電制御プログラムは、必ずしもハードディスク装置５０８に記憶されている必要はない。例えば、充放電制御装置１が読み取り可能な記憶媒体に記憶されたプログラムを、充放電制御装置１が読み出して実行するようにしてもよい。充放電制御装置１が読み取り可能な記憶媒体は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤディスク、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、ハードディスクドライブ等が対応する。また、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）等に接続された装置にこのプログラムを記憶させておき、充放電制御装置１がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

１…充放電制御装置
２…電力系統
３…ＨＥＭＳ
４…蓄電池システム
１００…管理システム
１０１…電力需要集計部
１０２…電力需要予測部
１０３…蓄電量計算部
１０４…劣化量計算部
１０５…条件設定部
１０５ａ…制約生成部
１０５ｂ…目的関数生成部
１０６…充放電計画計算部
１０７…パレート生成部
１０８…ラインサーチ部
Ｇ…表示画面
Ｇ１１、Ｇ１２…設定領域

Claims (8)

1. コンピュータに、
   使用に応じた電気料金が生じる電力系統および当該電力系統による電力で充電される蓄電池から供給される電力の需要予測に基づいて、前記電気料金と、前記蓄電池の劣化とを最小とする目的関数の最適化問題を解くことで、前記電気料金および前記蓄電池の劣化をより小さくする、前記蓄電池への充放電制御にかかる充放電計画を生成する
   処理を実行させることを特徴とする充放電制御プログラム。
2. 前記生成する処理は、ｋ期からｋ＋Ｈ期までの電力の需要予測を行い、予測した需要を考慮した、ｋ期からｋ＋Ｈ期までの前記目的関数の最適化問題を解くことで、前記ｋ期の充放電計画を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御プログラム。
3. 前記生成する処理は、ｋ期までの実際の需要を考慮した、ｋ期からｋ＋Ｈ期までの電力の需要予測を行う
   ことを特徴とする請求項２に記載の充放電制御プログラム。
4. 前記生成する処理は、操作部によるユーザからの操作入力をもとに、ｋ期からｋ＋Ｈ期までの電力使用にかかる情報を受け付け、前記電力使用にかかる情報を考慮した、ｋ期からｋ＋Ｈ期までの電力の需要予測を行う
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の充放電制御プログラム。
5. 前記生成する処理は、前記最適化問題を解いて得られた複数の解を表示部に表示し、当該表示された複数の解の中から操作部によるユーザからの操作入力で選択された解に対応する前記充放電計画を生成する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の充放電制御プログラム。
6. 前記生成する処理は、前記最適化問題を解いて得られた複数の解の中から前記電気料金を減少させ、前記蓄電池の劣化を増加させる解を順次検索した場合の、前記電気料金の減少が所定値未満となる解に対応する前記充放電計画を生成する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の充放電制御プログラム。
7. コンピュータが、
   使用に応じた電気料金が生じる電力系統および当該電力系統による電力で充電される蓄電池から供給される電力の需要予測に基づいて、前記電気料金と、前記蓄電池の劣化とを最小とする目的関数の最適化問題を解くことで、前記電気料金および前記蓄電池の劣化をより小さくする、前記蓄電池への充放電制御にかかる充放電計画を生成する
   処理を実行することを特徴とする充放電制御方法。
8. 使用に応じた電気料金が生じる電力系統および当該電力系統による電力で充電される蓄電池から供給される電力の需要予測に基づいて、前記電気料金と、前記蓄電池の劣化とを最小とする目的関数の最適化問題を解くことで、前記電気料金および前記蓄電池の劣化をより小さくする、前記蓄電池への充放電制御にかかる充放電計画を生成する生成部を有することを特徴とする充放電制御装置。

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