JP2018185609A - 運転計画算出装置、運転計画算出方法およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で高精度な分散型電源の運転計画を算出することのできる運転計画算出装置を提供する。【解決手段】電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置であって、電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得する予測値取得部と、予測値取得部が取得した需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、運転計画の時間ステップごとに、運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる運転計画を算出する運転計画算出部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置、運転計画算出方法およびコンピュータプログラムに関する。

需要家への発電機又は蓄電池などの分散型電源の導入が進む中、導入された分散型電源を高効率で利用することが求められている。このような背景の元、近年、ＥＭＳ（Energy Management System）が普及している。

ＥＭＳは、需要家における負荷需要や再生可能エネルギー発電装置の発電量などを予測し、予測結果と、分散型電源を運用する上での制約とに基づいて、分散型電源の運転計画を算出し、算出した運転計画に基づいて分散型電源を制御する。

例えば、分散型電源の運転計画の算出方法として、特許文献１および２に記載の方法が提案されている。

特許文献１に記載の方法では、発電機の運転計画を算出した後に、蓄電池の運転計画を算出することにより、運転計画の算出時間を短縮している。

特許文献２に記載の方法では、長期の需要予測値に基づいた運転計画を算出した後に、短期の需要予測値に基づいた運転計画を算出することにより、マイクログリッドの周波数安定性を向上させている。

特開２００５−１０２３５７号公報 特開２０１１−１１４９００号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明によると、発電機の運転計画と蓄電池の運転計画とを別個に算出しているため、分散型電源の運用の最適性が損なわれる可能性がある。

また、特許文献２に記載の発明によると、２つの期間の需要予測値に基づいて運転計画を算出しているが、長期の需要予測値と短期の需要予測値との境界において、需要予測値が不連続となる可能性がある。このため、運転計画の連続性が損なわれる可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、短時間で高精度な分散型電源の運転計画を算出することのできる運転計画算出装置、運転計画算出方法およびコンピュータプログラムを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明の一実施態様に係る運転計画算出装置は、電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置であって、前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得する予測値取得部と、前記予測値取得部が取得した前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出する運転計画算出部とを備える。

（７）本発明の他の実施態様に係る運転計画算出方法は、電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置による運転計画算出方法であって、予測値取得部が、前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得するステップと、運転計画算出部が、取得された前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出するステップとを含む。

（８）本発明の他の実施態様に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得する予測値取得部と、前記予測値取得部が取得した前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出する運転計画算出部として機能させる。

なお、本発明は、運転計画算出装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、運転計画算出装置を含む電力システムとして実現したりすることもできる。

本発明によると、短時間で高精度な分散型電源の運転計画を算出することができる。

本発明の実施の形態に係る電力システムの全体構成を示すブロック図である。 表示装置に表示されるインタフェース画像の一例を示す図である。 時間ごとの計画粒度を示す図である。 記憶装置が記憶する計画粒度情報の一例を示す図である。 運転計画算出装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。 需要予測部による予測時間長の調整処理について説明するための図である。 変数の意味を説明するための図であり、 定数の意味を説明するための図である。 従来手法に基づいて、計画粒度１０分で４８時間先までの運転計画を算出するために必要な変数の数を示す図である。 本発明の実施の形態に示す可変な計画粒度（１０分、３０分または６０分）で４８時間先までの運転計画を算出するために必要な変数の数を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例に係るインタフェース画像の一例を示す図である。

［本願発明の実施形態の概要］
最初に本発明の実施形態の概要を列記して説明する。
（１）本発明の一実施形態に係る運転計画算出装置は、電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置であって、前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得する予測値取得部と、前記予測値取得部が取得した前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出する運転計画算出部とを備える。

この構成によると、運転計画の時間ステップごとに、異なる計画粒度の運転計画を算出することができる。このため、高精度の運転計画が要求される時間ステップについては短い計画粒度の運転計画を算出し、高精度の運転計画が要求されない時間ステップについては長い計画粒度の運転計画を算出することができる。これにより、短時間で高精度な分散型電源の運転計画を算出することができる。

（２）好ましくは、前記運転計画算出部は、時間の早い前記時間ステップの前記運転計画ほど、時間長が小さいか等しい計画粒度に基づいて、前記運転計画を算出する。

この構成によると、直近の将来については、短い計画粒度の運転計画を算出し、遠い将来については長い計画粒度の運転計画を算出することができる。直近の将来の需要予測値は遠い将来の需要予測値よりも高精度であるため、直近の将来の計画粒度を短くすることで高精度な分散型電源の運転計画を算出することができる。その一方、遠い将来の需要予測値は直近の将来の需要予測値に比べて精度が低く、需要が変化する可能性が高い。また、運転計画は時間の経過とともに更新される。このため、計画粒度を長くして運転計画を算出しても問題は生じにくい。このため、短時間で高精度な分散型電源の運転計画を算出することができる。

（３）また、前記予測値取得部は、前記時間ステップごとに、該時間ステップの計画粒度の前記需要予測値を取得してもよい。

この構成によると、需要予測値の時間粒度を運転計画の時間粒度（計画粒度）に合わせることができる。このため、より高精度に分散型電源の運転計画を算出することができる。

（４）また、前記予測値取得部は、取得した前記需要予測値の予測時間長が前記計画粒度の時間長よりも大きい場合に、前記需要予測値に基づく補間処理後の値または前記需要予測値を、前記計画粒度の需要予測値として取得してもよい。

この構成によると、需要予測値の予測時間長が運転計画の計画粒度の時間長よりも大きい場合であっても、高精度な需要予測値を取得することができる。

（５）また、前記予測値取得部は、取得した前記需要予測値の予測時間長が前記計画粒度の時間長よりも小さい場合に、前記需要予測値の平均値または前記需要予測値を、前記計画粒度の需要予測値として取得してもよい。

この構成によると、需要予測値の予測時間長が運転計画の計画粒度の時間長よりも小さい場合であっても、高精度な需要予測値を取得することができる。

（６）また、上述の運転計画算出装置は、さらに、前記時間ステップごとの計画粒度を入力するためのインタフェース画像を表示装置に表示させる表示制御部と、前記インタフェース画像に従い入力された前記計画粒度を受け付ける計画粒度受付部とを備え、前記運転計画算出部は、前記計画粒度受付部が受け付けた前記計画粒度に基づいて、前記運転計画を算出してもよい。

この構成によると、ユーザが入力した計画粒度に基づいて、運転計画を算出することができる。

（７）本発明の他の実施形態に係る運転計画算出方法は、電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置による運転計画算出方法であって、予測値取得部が、前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得するステップと、運転計画算出部が、取得された前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出するステップとを含む。

この構成は、上述した運転計画算出装置が備える各処理部に対応するステップを含む。このため、上述した運転計画算出装置と同様の作用および効果を奏することができる。

（８）本発明の他の実施形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータを、前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得する予測値取得部と、前記予測値取得部が取得した前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出する運転計画算出部として機能させる。

この構成によると、コンピュータを上述した運転計画算出装置として機能させることができる。このため、上述した運転計画算出装置と同様の作用および効果を奏することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

［発電システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る電力システムの全体構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る電力システム１は、例えば、工場に設置される電力設備３０と、電力設備３０に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置１０とを備える。つまり、電力システム１は、工場内に配設された交流配電線８０よりなる配電網と、交流配電線８０にそれぞれ接続された電力設備３０としての内燃力発電機４０、電力貯蔵装置５０、太陽光発電機６０および負荷装置７０と、電力設備３０（電力機器４０〜７０）と通信ネットワーク２２を介して接続された運転計画算出装置１０とを備える。

運転計画算出装置１０は、負荷装置７０による電力需要を満たすために、内燃力発電機４０、電力貯蔵装置５０および太陽光発電機６０の運転計画を算出する。また、運転計画算出装置１０は、算出した運転計画に基づく指令を、通信ネットワーク２２を介して各電力機器４０〜６０に送信することにより、各電力機器４０〜６０の運転を制御する。運転計画算出装置１０は、例えば、ＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）サーバにより構成される。

なお、運転計画算出装置１０は、自身が算出した運転計画を表示装置２０に表示させたり、不揮発性メモリなどの外部記憶装置２１に記憶させることもできる。運転計画算出装置１０と表示装置２０とは一体に構成されていても良いし、表示装置２０が、ネットワークを介して運転計画算出装置１０と接続され、運転計画算出装置１０と離れた場所に設置されていても良い。また、運転計画算出装置１０は、通信ネットワーク２２を介して他のサーバに運転計画を送信してもよい。

通信ネットワーク２２は、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）またはインターネットなどである。

内燃力発電機４０は、例えば、ガスやディーゼル油などの燃焼エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を含む。

ただし、電力システム１は、内燃力発電機４０の代わりに、または内燃力発電機４０とともに、燃料電池などの、化学変化によってエネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を含んでいてもよい。

電力貯蔵装置５０は、例えば、レドックスフロー（ＲＦ）電池、リチウムイオン電池、溶融塩電池、鉛蓄電池などの二次電池を含む。電力貯蔵装置５０は、双方向のＤＣ（直流）／ＡＣ（交流）変換器を介して交流配電線８０に接続される。なお、これらの二次電池に代えてフライホイールバッテリーや揚水発電機などが用いられてもよい。

太陽光発電機６０は、太陽電池を含んで構成され、太陽光を、太陽電池を用いて電力に変換する。太陽光発電機６０は、単方向のＤＣ／ＡＣ変換器を介して交流配電線８０に接続される。なお、本実施の形態では、再生可能エネルギーを利用した発電装置の例として、太陽光発電機６０を用いて説明する。ただし、再生可能エネルギーを利用した発電装置は、太陽光発電機６０に限定されるものではなく、例えば、風力、波力、潮力、地熱、バイオマス等を利用して発電を行う発電装置であっても良い。

負荷装置７０は、例えば、生産機械などの電力調整が不可能あるいは可能であっても実際上調整が許されない非調整型の負荷装置を含む。また、負荷装置７０は、照明、エアコンなどの、消費電力の調整が可能な調整型の負荷装置を含んでいてもよい。負荷装置７０は、スマートタップやスマート分電盤などの、制御と電力情報の計測とが可能な機器を介して交流配電線８０に接続される。

電力システム１は、電力系統９０に系統連系が可能となっており、電力システム１における不足電力は電力系統９０から取得可能である。

［運転計画算出装置１０の構成］
図１を参照して、運転計画算出装置１０の構成について説明する。
運転計画算出装置１０は、計画粒度受付部１１と、需要予測部１２と、運転計画算出部１３と、電力機器制御部１４と、記憶装置１５と、データ収集部１６と、通信Ｉ／Ｆ部１７と、出力部１８とを備える。

通信Ｉ／Ｆ部１７は、通信ネットワーク２２を介して、各電力機器４０〜７０と通信を行うためのインタフェースである。

データ収集部１６は、通信Ｉ／Ｆ部１７を介して、各電力機器４０〜７０から、電力の入出力に関する実績値を収集する。つまり、データ収集部１６は、内燃力発電機４０から、発電電力の実績値を収集する。また、データ収集部１６は、電力貯蔵装置５０から、充放電電力の実績値を収集する。さらに、データ収集部１６は、太陽光発電機６０から、発電電力の実績値を収集する。また、データ収集部１６は、負荷装置７０から、需要電力の実績値、および電力系統９０からの買電電力の実績値を収集する。データ収集部１６は収集した実績値を、記憶装置１５に記憶させる。

記憶装置１５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、不揮発性メモリまたは揮発性メモリなどから構成され、各種情報を記憶する。

出力部１８は、表示制御部として機能し、時間ステップ（ｔ）ごとの運転計画の時間粒度（以下、「計画粒度」という。）を入力するためのインタフェース画像を表示装置２０に表示させる。計画粒度により、運転計画の時間幅が規定される。
図２は、表示装置２０に表示されるインタフェース画像の一例を示す図である。

図２に示すように、インタフェース画像は、運転計画算出装置１０による電力機器４０〜７０の運転計画の計画期間を入力するための入力欄１０１と、運転計画の１時間ごとの計画粒度を入力するための入力欄１０２と、ＯＫボタン１０３とを含む。

計画粒度受付部１１は、電力機器４０〜７０の運転計画の計画粒度の入力を受け付ける。例えば、ユーザが、キーボード等を操作して、時間ごとの計画粒度を入力し、計画粒度受付部１１は、ユーザの入力した計画粒度を受け付ける。

図２を参照して、入力欄１０１にユーザが「４８」を入力すると、入力欄１０２が４８時間分用意される。ユーザが、入力欄１０２に時間ごとの計画粒度を入力し、マウス等を操作してＯＫボタン１０３を押下すると、計画粒度受付部１１は、ユーザが入力した時間ごとの計画粒度を受け付ける。図２の例では、計画粒度受付部１１は、０〜２時間の計画粒度として１０分を受け付け、２〜１２時間の計画粒度として３０分を受け付け、１２〜４８時間の計画粒度として６０分を受け付ける。このように、時間粒度受付部１１は、時間の早い時間ステップ（ｔ）ほど、時間長が小さいか等しい計画粒度を受け付けることができる。

図３は、時間ごとの計画粒度を示す図である。
図３に示すように、０〜２時間の間は計画粒度が１０分とされる。この間の時間ステップ（ｔ）は１〜１２である。また、２〜１２時間の間は時間粒度が３０分とされる。この間の時間ステップ（ｔ）は１３〜３２である。さらに、１２〜４８時間の間は時間粒度が６０分とされる。この間の時間ステップ（ｔ）は３３〜６８である。図３から分かるように計画粒度は、時間ステップ（ｔ）の間隔に相当する。

計画粒度受付部１１は、受け付けた時間ごとの計画粒度と、時間粒度に基づき決定される時間ステップ（ｔ）とを、記憶装置１５に記憶させる。

図４は、記憶装置１５が記憶する計画粒度情報の一例を示す図である。図４に示すように、計画粒度情報は、時間ごとの計画粒度と、時間ステップとを含む。つまり、計画粒度情報には、０〜２時間の計画粒度が１０分であり、この間の時間ステップ（ｔ）が１〜１２であることが示されている。また、計画粒度情報には、２〜１２時間の時間粒度が３０分であり、この間の時間ステップ（ｔ）が１３〜３２であることが示されている。さらに、計画粒度情報には、１２〜４８時間の時間粒度が６０分であり、この間の時間ステップ（ｔ）が３３〜６８であることが示されている。

再度図１を参照して、需要予測部１２は、予測値取得部として機能し、記憶装置１５に記憶されているデータ収集部１６が収集した電力機器４０〜７０の実績値に基づいて、電力設備３０における電力需要の予測値である需要予測値を算出する。需要予測値の算出方法は、本願の主眼ではなく、公知の技術を用いることができる。このため、その詳細な説明は省略する。例えば、過去の曜日ごとの電力需要の実績値を天候データなどに基づいて補正することにより、需要予測値を算出してもよい。需要予測部１２は、算出した需要予測値を記憶装置１５に記憶させる。

なお、需要予測値が予め記憶装置１５に記憶されている場合には、需要予測部１２は、記憶装置１５から需要予測値を読み出すことにより、需要予測値を取得してもよい。

運転計画算出部１３は、需要予測部１２が算出または取得した需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、時間ステップ（ｔ）ごとの運転計画を算出する。その際、運転計画算出部１３は、図４に示した記憶装置１５に記憶されている計画粒度情報に基づいて、各時間ステップ（ｔ）に対応した計画粒度の運転計画を算出する。つまり、運転計画算出部１３は、２時間先までの間については１０分間隔の運転計画を算出し、２時間先から１２時間先までの間については３０分間隔の運転計画を算出し、１２時間先から４８時間先までの間については６０分間隔の運転計画を算出する。このように、運転計画算出部１３は、時間の早い時間ステップ（ｔ）ほど、時間長が小さいか等しい計画粒度の運転計画を算出することができる。なお、運転計画の算出方法の具体例については後述する。
運転計画算出部１３は、算出した運転計画を記憶装置１５に記憶させる。

電力機器制御部１４は、運転計画算出部１３が算出した運転計画に基づいて、通信Ｉ／Ｆ部１７を介して各電力機器４０〜６０に指示を送信することにより、各電力機器４０〜６０を制御する。

出力部１８は、上述したインタフェース画像を表示装置２０に表示させる以外にも、運転計画算出部１３が算出した運転計画を記憶装置１５から読み出し、読み出した運転計画を、表示装置２０に表示させたり、外部記憶装置２１に記憶させたりする。また、出力部１８は、該運転計画を、通信Ｉ／Ｆ部１７を介して他のサーバに送信することもできる。

［運転計画算出装置１０の処理手順］
図５は、運転計画算出装置１０が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。

図５に示すように、出力部１８は、時間ステップ（ｔ）ごとの運転計画の時間粒度（計画粒度）を入力するためのインタフェース画像を表示装置２０に表示させる（Ｓ１）。インタフェース画像の一例は図２に示した通りである。

計画粒度受付部１１は、インタフェース画像にユーザが入力した時間ごとの計画粒度を受け付け、図４に示したような計画粒度情報を記憶装置１５に記憶させる（Ｓ２）。

需要予測部１２は、記憶装置１５に記憶されているデータ収集部１６が事前に収集した電力機器４０〜７０の実績値に基づいて、電力設備３０における電力需要の予測値である需要予測値を算出し、算出した需要予測値を記憶装置１５に記憶させる（Ｓ３）。

なお、需要予測部１２は、算出した需要予測値の予測時間長と、運転計画の計画粒度とが異なる場合には、需要予測値の予測時間長が計画粒度と一致するように、算出した需要予測値に対して線形補間処理または平均化処理を施すことにより、予測時間長を調整する。

図６は、需要予測部１２による予測時間長の調整処理について説明するための図である。

図６の（Ａ）に示すように、需要予測部１２により、予測時間長が３０分の需要予測値が算出または取得されているものとする。需要予測部１２は、この予測時間長から、図６の（Ｂ）に示すように、図３に示した運転計画の計画粒度を予測時間長とする需要予測値を算出する。

つまり、需要予測部１２は、０〜２時間のように、予測時間長（３０分）の方が計画粒度（１０分）よりも長い場合には、算出した需要予測値を線形補間することにより、計画粒度と同じ長さの需要予測値を算出する。例えば、時間的に隣接する需要予測値間で需要予測値が線形に変化すると仮定することで、計画粒度と同じ長さの需要予測値を算出することができる。具体的には、図６の（Ａ）の時間ステップｔ＝１の需要予測値およびｔ＝２の需要予測値が、それぞれ、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝１の需要予測値および時間ステップｔ＝６の需要予測値とされる。また、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝２〜５の需要予測値は、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝１の需要予測値および時間ステップｔ＝６の需要予測値を線形補間することにより求められる。同様に、図６の（Ａ）の時間ステップｔ＝３の需要予測値およびｔ＝４の需要予測値が、それぞれ、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝７およびｔ＝１２の需要予測値とされる。また、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝８〜１１の需要予測値は、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝７および時間ステップｔ＝１２の需要予測値を線形補間することにより求められる。
ただし、線形補間を行わずに、図６の（Ａ）に示す時間ステップｔ＝１〜４のいずれかの需要予測値を、図６の（Ｂ）に示す時間ステップｔ＝１〜１２の需要予測値としてもよい。例えば、図６の（Ａ）に示すｔ＝１の需要予測値が、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝１〜３の需要予測値とされる。同様に、図６の（Ａ）に示すｔ＝２の需要予測値が、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝４〜６の需要予測値とされる。図６の（Ａ）に示すｔ＝３の需要予測値が、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝７〜９の需要予測値とされる。図６の（Ａ）に示すｔ＝４の需要予測値が、図６の（Ｂ）の時間ステップｔ＝１０〜１２の需要予測値とされる。

一方、需要予測部１２は、１２〜４８時間のように、予測時間長（３０分）の方が計画粒度（６０分）よりも短い場合には、算出した需要予測値を平均化することにより、計画粒度と同じ長さの需要予測値を算出する。例えば、図６の（Ａ）に示す時間ステップｔ＝２５およびｔ＝２６の需要予測値を平均化することにより、図６の（Ｂ）に示す時間ステップｔ＝３３の需要予測値を算出することができる。ただし、平均化を行わずに、図６の（Ａ）に示す時間ステップｔ＝２５およびｔ＝２６のいずれか一方の需要予測値（例えば、時間的に早いステップｔ＝２５の需要予測値）を、図６の（Ｂ）に示す時間ステップｔ＝３３の需要予測値としても良い。

運転計画算出部１３は、需要予測部１２が算出した需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、時間ステップ（ｔ）ごとの運転計画を算出する（Ｓ４）。

以下、運転計画算出部１３による運転計画算出処理（Ｓ４）について詳細に説明する。

運転計画算出部１３は、数理計画法に基づいて、以下の（１）〜（１０）の制約条件（式２〜式１１）の元で、目的関数（式１）の値を最小にするように、電力機器４０〜６０の運転計画を算出する。ここで、添え字ｉは内燃力発電機４０の違いを示し、添え字ｊは電力貯蔵装置５０の違いを示し、添え字ｋは太陽光発電機６０の違いを示し、添え字ｔは、時間ステップを示す。例えば、図１に示す構成では、１≦ｉ≦３、１≦ｊ≦３、１≦ｋ≦３である。

図７は、変数の意味を説明するための図であり、図８は、定数の意味を説明するための図である。変数および定数の意味は、図７および図８にそれぞれ示すとおりである。

なお、運転計画算出部１３が最小化する目的関数はコストに限定されるものではない。例えば、ＣＯ_２排出量を目的関数としてもよいし、コストとＣＯ_２排出量とを組み合わせた関数を目的関数としてもよい。
（目的関数）
最小化：コスト＝Ｃ_Ｅ＋Ｃ_Ｇ …（式１）
（制約条件）
（１）内燃力発電機４０の出力の上下限制約：

Ｐ_ＧＬ（ｉ）・ＳＷ（ｉ）≦Ｐ_Ｇ（ｉ，ｔ）≦Ｐ_ＧＨ（ｉ）・ＳＷ（ｉ）…（式２）
（２）内燃力発電機４０の出力変化量の上下限制約：
−ＰΔ≦Ｐ_Ｇ（ｉ，ｔ）−Ｐ_Ｇ（ｉ，ｔ−１）≦ＰΔ …（式３）
（３）内燃力発電機４０の燃費の制約：
Ｅ（ｉ，ｔ）＝ａ（ｉ）・Ｐ_Ｇ（ｉ，ｔ）・Ｔ（ｔ） …（式４）
（４）電力貯蔵装置５０の出力の上下限制約：
Ｐ_ＢＬ（ｊ）≦Ｐ_Ｂ（ｊ，ｔ）≦Ｐ_ＢＨ（ｊ） …（式５）
（５）電力貯蔵装置５０の充電残量の上下限制約：
ＳＯＣ_Ｌ（ｊ）≦ＳＯＣ（ｊ，ｔ）≦ＳＯＣ_Ｈ（ｊ） …（式６）
（６）電力貯蔵装置５０の充電残量変化量の制約：
ＳＯＣ（ｊ，ｔ）＝ＳＯＣ（ｊ，ｔ−１）−η（ｊ）・Ｐ_Ｂ（ｊ，ｔ）・Ｔ（ｔ）
…（式７）
（７）需給バランスの制約：
Ｐ_Ｅ（ｔ）＋Ｐ_Ｇ（ｉ，ｔ）＋Ｐ_Ｂ（ｊ，ｔ）＋Ｐ_Ｒ（ｋ，ｔ）−Ｐ_Ｄ（ｔ）＝０
…（式８）
（８）買電の上限制約：
Ｐ_Ｅ（ｔ）≦Ｐ_ＥＨ …（式９）
（９）電気料金の制約：
Ｃ_Ｅ＝Ｒ_Ｅ（ｔ）・Σ_ｔＰ_Ｅ（ｔ）・Ｔ（ｔ） …（式１０）
（１０）ガス料金の制約：
Ｃ_Ｇ＝Ｒ_Ｇ・Σ_ｉΣ_ｔＥ（ｉ，ｔ） …（式１１）

運転計画算出処理（Ｓ４）により、時間ステップ（ｔ）ごとに、割り当てられた計画粒度Ｔ（ｔ）の運転計画を算出することができる。

再度図５を参照して、電力機器制御部１４は、運転計画算出処理（Ｓ４）で算出された運転計画に従って、各電力機器４０〜６０に指令を送信することにより、各電力機器４０〜６０の運転を制御する（Ｓ５）。

また、出力部１８は、運転計画算出処理（Ｓ４）で算出された運転計画を、表示装置２０、外部記憶装置２１または外部の他のサーバに出力する（Ｓ６）。これにより、表示装置２０に運転計画を表示させたり、外部記憶装置２１に運転計画を記憶したり、他のサーバで運転計画を解析したりすることができる。なお、ステップＳ５およびＳ６の処理は順序が逆であってもよい。

［実施の形態の効果等］
図９Ａは、従来手法に基づいて、計画粒度１０分で４８時間先までの運転計画を算出するために必要な変数の数を示す図である。図９Ｂは、本発明の実施の形態に示す可変な計画粒度（１０分、３０分または６０分）で４８時間先までの運転計画を算出するために必要な変数の数を示す図である。ここで、内燃力発電機４０の台数は３台とし、電力貯蔵装置５０の台数は１台としている。

図９Ａに示すように、従来手法によると時間ステップが２８８であるのに対して、図９Ｂに示すように、本実施の形態によると時間ステップが６８となる。電気料金Ｃ_Ｅおよびガス料金Ｃ_Ｇ以外の変数の数は、時間ステップに比例する。このため、本実施の形態によると、従来、２５９４個必要であった変数を６１４個まで減らすことができ、運転計画の算出処理時間を短縮することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によると、運転計画の時間ステップ（ｔ）ごとに、可変な計画粒度（例えば、１０分、３０分または６０分）の運転計画が算出される。つまり、時間ステップ（ｔ）ごとに、異なる計画粒度の運転計画を算出することができる。このため、高精度の運転計画が要求される時間ステップについては短い計画粒度の運転計画を算出し、高精度の運転計画が要求されない時間ステップについては長い計画粒度の運転計画を算出することができる。このため、短時間で高精度な分散型電源の運転計画を算出することができる。

特に、直近の将来については、短い計画粒度の運転計画を算出し、遠い将来については長い計画粒度の運転計画を算出することができる。直近の将来の需要予測値は遠い将来の需要予測値よりも高精度であるため、直近の将来の計画粒度を短くすることで高精度な分散型電源の運転計画を算出することができる。その一方、遠い将来の需要予測値は直近の将来の需要予測値に比べて精度が低く、需要が変化する可能性が高い。また運転計画は時間の経過とともに更新される。このため、計画粒度を長くして運転計画を算出しても問題は生じにくい。
（変形例）

上述の実施の形態では運転計画算出装置１０の出力部１８は、図２に示すようなインタフェース画像を表示装置２０に表示させることとしたが、インタフェース画像は図２に示したものに限定されるものではない。

図１０は、本変形例に係るインタフェース画像の一例を示す図である。
図１０に示すように、インタフェース画像は、運転計画算出装置１０による電力機器４０〜７０の運転計画の計画期間を入力するための入力欄１０４と、運転計画の計画粒度の分割数を入力するための入力欄１０５と、計画粒度の期間を入力するための入力欄１０６と、計画粒度を入力するための入力欄１０７と、ＯＫボタン１０８とを含む。

例えば、ユーザが、キーボード等を操作して、入力欄１０４に「４８」を入力し、入力欄１０５に「３」を入力すると、入力欄１０６および入力欄１０７が３分割される。ユーザが、番号１の行の入力欄１０６に「０」および「１」を入力し、入力欄１０７に「１０」を入力する。同様に、ユーザが、番号２の行の入力欄１０６に「２」および「１２」を入力し、入力欄１０７に「３０」を入力する。さらに、ユーザが、番号３の入力欄１０６に「１２」および「４８」を入力し、入力欄１０７に「６０」を入力する。最後に、ユーザが、マウス等を操作してＯＫボタン１０８を押下すると、計画粒度受付部１１は、ユーザが入力した期間ごとの時間粒度を受け付ける。図１０の例では、計画粒度受付部１１は、０〜２時間の計画粒度として１０分を受け付け、２〜１２時間の計画粒度として３０分を受け付け、１２〜４８時間の計画粒度として６０分を受け付ける。

［付記］
上述の実施の形態では、電力機器４０〜６０の運転を制御する運転計画算出装置１０の構成の一例として、工場に設置された電力機器の運転を制御するＦＥＭＳサーバを想定したが、運転計画算出装置１０は、ＦＥＭＳサーバに限定されるものではない。例えば、運転計画算出装置１０として、ＢＥＭＳ（Building Energy Management System）サーバ、ＭＥＭＳ（Mansion Energy Management System）サーバ、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）サーバなどを採用することもできる。つまり、電力設備３０は、工場等に設置される電力システムに限定されるものではなく、ビル、マンション、家庭に設置される電力システムであってもよい。

なお、需要予測部１２は、電力設備３０における電力需要の予測値以外にも、電力設備３０における熱需要の予測値や、太陽光発電機６０における発電量の予測値などを算出してもよい。これにより、運転計画算出部１３は、電力設備３０における電力需要の予測値以外にも、電力設備３０における熱需要の予測値や、太陽光発電機６０における発電量の予測値などを利用して運転計画を算出することができる。

上記の運転計画算出装置１０は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されてもよい。ＲＡＭまたはＨＤＤには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、運転計画算出装置１０は、その機能を達成する。

さらに、上記の運転計画算出装置１０を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩから構成されているとしてもよい。

また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、本発明は、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよい。上記コンピュータプログラムは、コンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、ＨＤＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、半導体メモリなどに記録して流通させることもできるし、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送することもできる。
また、運転計画算出装置１０は、複数のコンピュータにより実現されてもよい。

また、運転計画算出装置１０の一部または全部の機能がクラウドコンピューティングによって提供されてもよい。つまり、各装置の一部または全部の機能がクラウドサーバにより実現されていてもよい。例えば、需要予測部１２の機能がクラウドサーバにより実現され、運転計画算出装置１０は、クラウドサーバから需要予測値を取得して、運転計画を算出してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電力システム
１０ 運転計画算出装置
１１ 計画粒度受付部
１２ 需要予測部
１３ 運転計画算出部
１４ 電力機器制御部
１５ 記憶装置
１６ データ収集部
１７ 通信Ｉ／Ｆ部
１８ 出力部
２０ 表示装置
２１ 外部記憶装置
２２ 通信ネットワーク
３０ 電力設備
４０ 内燃力発電機
５０ 電力貯蔵装置
６０ 太陽光発電機
７０ 負荷装置
８０ 交流配電線
９０ 電力系統

Claims (8)

1. 電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置であって、
   前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得する予測値取得部と、
   前記予測値取得部が取得した前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出する運転計画算出部と
   を備える運転計画算出装置。
2. 前記運転計画算出部は、時間の早い前記時間ステップの前記運転計画ほど、時間長が小さいか等しい計画粒度に基づいて、前記運転計画を算出する
   請求項１に記載の運転計画算出装置。
3. 前記予測値取得部は、前記時間ステップごとに、該時間ステップの計画粒度の前記需要予測値を取得する
   請求項１または請求項２に記載の運転計画算出装置。
4. 前記予測値取得部は、取得した前記需要予測値の予測時間長が前記計画粒度の時間長よりも大きい場合に、前記需要予測値に基づく補間処理後の値または前記需要予測値を、前記計画粒度の需要予測値として取得する
   請求項３に記載の運転計画算出装置。
5. 前記予測値取得部は、取得した前記需要予測値の予測時間長が前記計画粒度の時間長よりも小さい場合に、前記需要予測値の平均値または前記需要予測値を、前記計画粒度の需要予測値として取得する
   請求項３または請求項４に記載の運転計画算出装置。
6. さらに、
   前記時間ステップごとの計画粒度を入力するためのインタフェース画像を表示装置に表示させる表示制御部と、
   前記インタフェース画像に従い入力された前記計画粒度を受け付ける計画粒度受付部とを備え、
   前記運転計画算出部は、前記計画粒度受付部が受け付けた前記計画粒度に基づいて、前記運転計画を算出する
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の運転計画算出装置。
7. 電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置による運転計画算出方法であって、
   予測値取得部が、前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得するステップと、
   運転計画算出部が、取得された前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出するステップと
   を含む運転計画算出方法。
8. コンピュータを、電力設備に含まれる電力機器の運転計画を算出する運転計画算出装置として機能させるためのコンピュータプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記電力設備の電力需要の予測値である需要予測値を取得する予測値取得部と、
   前記予測値取得部が取得した前記需要予測値に基づいて、所定の制約条件の下で予め定められた目的関数を最適化することにより、前記運転計画の時間ステップごとに、前記運転計画の時間幅を規定する計画粒度が異なる前記運転計画を算出する運転計画算出部と
   して機能させるためのコンピュータプログラム。

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