JP2023108216A - 情報処理装置、情報処理方法及び情報処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定する情報処理装置、方法及びプログラムを提供する。【解決手段】マイクログリッドが電力系統に対して切断された場合に対象設備の容量を決定する情報処理装置２は、対象設備の導入及び維持に要する第１コストを計算するための情報を取得する第１取得部２１０と、過去の所定期間の複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得する第２取得部２１１と、複数の負荷の夫々に対して予め設定され、複数の負荷の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数を取得する第３取得部２１３と、第１コストを計算するための情報に基づいて得られる第１コストと、複数の負荷の夫々の遮断電力及び係数で定まる第２コストの総和である総合コストを最小化する際の対象設備の容量及び複数の負荷の夫々の遮断電力を計算する計算部２１４とを備える。【選択図】図１１

Description

本発明は、情報処理装置、情報処理方法及び情報処理プログラムに関する。

地震や台風等の災害発生に備え、停電時に分散型の電力供給設備から一定範囲の地域内の需要家の負荷に電力を供給することが可能な電力供給システム（マイクログリッド）を構築する事例が近年増えている。

マイクログリッドを構築する際には分散型の電力供給設備の容量を決定する必要があり、そのための方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９－１７７９４１号公報

特許文献１に記載された方法は、停電時に全ての負荷に対して電力を供給することを前提としている。そのため、決定された容量の電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを比較衡量すると、導入及び維持するためのコストが過大になる可能性があるといった課題がある。

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定することが可能な情報処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための一の発明は、マイクログリッドが電力系統に対して切断された場合に前記マイクログリッドに接続された複数の負荷に電力を供給すべく対象設備の容量を決定する情報処理装置であって、前記対象設備の導入及び維持に要する第１コストを計算するための情報を取得する第１取得部と、過去の所定期間における前記複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得する第２取得部と、前記複数の負荷の夫々に対して予め設定され、前記複数の負荷の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数を取得する第３取得部と、前記第１コストを計算するための情報に基づいて得られる前記第１コストと、前記複数の負荷の夫々の遮断電力及び前記係数で定まる第２コストとの総和である総合コストを最小化する際の前対象設備の容量及び複数の負荷の夫々の遮断電力を計算する計算部と、を備える、情報処理装置である。本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。

本発明によれば、電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定することが可能な情報処理装置を提供することが可能となる。

マイクログリッドを説明するための図である。 情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。 記憶装置に記憶された情報を示す図である。 設備情報ＤＢの一例を示す図である。 負荷実績報ＤＢの一例を示す図である。 複数の負荷の夫々の消費電力の推移を示す図である。 複数の負荷の夫々の消費電力の推移を示す図である。 気象実績報ＤＢの一例を示す図である。 重要度ＤＢの一例を示す図である。 各種コストの間の関係を説明するための概念図である。 情報処理装置の機能ブロックを示す図である。 対象設備の容量を出力するまでの処理の流れを説明するフローチャートである。 気象情報の実績値毎に行った対象設備の容量の計算結果の例を示す図である。 気象情報の実績値毎に行った対象設備の容量の計算結果の例を示す図である。 対象設備が供給可能な電力の予測値の計算結果の例を示す図である。 決定された対象設備の容量の一例を示す図である。

＝＝第１実施形態＝＝
＜＜マイクログリッド＞＞
マイクログリッドは、地震や台風等の災害発生に備え、停電時に分散型の電力供給設備から一定範囲の地域内の需要家の負荷に電力を供給することが可能な電力供給システムである。

図１は、後述する情報処理装置２を用いて構築することを計画しているマイクログリッド１を説明するための図である。本実施形態では、地域Ａにマイクログリッド１を構築することを計画しているとして説明する。

マイクログリッド１は、配電線１０と、配電線１０に接続された分散型の電力供給設備（対象設備１１）と、負荷１～３とから構成されている。図１には、分散型の電力供給設備として、発電機１１ａと、太陽電池１１ｂと、蓄電池１１ｃとが示されている。マイクログリッド１は、配電線１０上に設けられた遮断機３０を介して電力系統３に接続されている。

また、図１には、需要家の負荷として、配電線１０に接続された負荷１～３が示されている。需要家は、配電線１０から供給される電力を消費する設備を含む。需要家としては、例えば、病院、工場、学校等の施設が挙げられる。

平常時には、遮断機３０は接続状態を維持し、発電所（図示せず）で発電された電力が電力系統３を介してマイクログリッド１に接続された負荷１～３に供給される。

一方、地震や台風等の災害が発生し、発電所からの電力系統３を介したマイクログリッド１への電力供給が停止すると（停電時）、遮断機３０は切断状態となる。つまり、このとき、マイクログリッド１は電力系統３に対して切断される。

マイクログリッド１が電力系統３に対して切断されると、電力供給設備（発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃ）は、負荷１～３に電力を供給する。

＜＜情報処理装置＞＞
情報処理装置２は、マイクログリッド１が電力系統３に対して切断された場合に、マイクログリッド１に接続された複数の負荷に電力を供給する分散型の電力供給設備の容量を決定するための装置である。

情報処理装置２による容量決定の対象となる電力供給設備を、以下では「対象設備１１」と称する。本実施形態では、対象設備１１は、発電機１１ａと、太陽電池１１ｂと、蓄電池１１ｃとを含む（図１）。以下、情報処理装置２のハードウェア構成及び機能ブロックについて説明する。

＜情報処理装置２のハードウェア構成＞
図２は、本発明の一実施形態である情報処理装置２のハードウェア構成を示す図である。情報処理装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２００、メモリ２０１、通信装置２０２、記憶装置２０３、入力装置２０４、出力装置２０５、及び記録媒体読取装置２０６を有するコンピュータである。

［ＣＰＵ２００］
ＣＰＵ２００は、メモリ２０１や記憶装置２０３に記憶された容量決定プログラム２０３ａ（「情報処理プログラム」に相当）を実行することにより、情報処理装置２が有する様々な機能を実現する。

［メモリ２０１］
メモリ２０１は、例えばＲＡＭ（Random-Access Memory）等であり、様々なプログラムやデータ等の一時的な記憶領域として用いられる。

［通信装置２０２］
通信装置２０２は、ネットワーク５を介して、他のコンピュータと各種プログラムやデータの受け渡しを行う。

［記憶装置２０３］
記憶装置２０３は、ＣＰＵ２００によって、実行または処理される各種データを格納する非一時的な（例えば不揮発性の）記憶装置である。

図３に示すように、記憶装置２０３には、容量決定プログラム２０３ａと、設備情報ＤＢ２０３ｂと、負荷実績ＤＢ２０３ｃと、気象実績ＤＢ２０３ｄと、重要度ＤＢ２０３ｅとが記憶されている。

記憶装置２０３に記憶されている容量決定プログラム２０３ａや設備情報ＤＢ２０３ｂ等の各種のデータベースがメモリ２０１に読み出されてＣＰＵ２００によって実行あるいは処理されることにより、情報処理装置２の各種機能が実現される。

また容量決定プログラム２０３ａは、本実施形態の情報処理装置２が有する機能を実現するためのプログラムを総称しており、例えば、情報処理装置２上で動作するアプリケーションプログラムやＯＳ（Operating System）、種々のライブラリ等を含む。

設備情報ＤＢ２０３ｂには、対象設備１１の情報が記録されている。対象設備１１の情報とは、対象設備１１の導入及び維持に要するコスト（第１コストに相当）を計算するための情報、対象設備１１の仕様に関する情報等を含む。図４は、設備情報ＤＢ２０３ｂの一例を示す図である。

図４には、対象設備１１の導入に要するコストを計算するための情報として、「設備導入コスト」が示されている。「設備導入コスト」とは、例えば、単位容量（１ｋＷ）を有する対象設備１１の導入に要するコスト（円）である。本実施形態では、発電機１１ａの設備導入コストは１０，０００［円／ｋＷ］であるため、容量が１ｋＷの発電機１１ａを導入するには、１０，０００円を要する。

また、図４には、対象設備１１の維持に要するコストを計算するための情報として、「燃料コスト」（発電機１１ａのみ）及び「償却期間」が示されている。「燃料コスト」とは、例えば、発電機１１ａが単位電力量（１ｋＷｈ）を発電するための燃料に要するコスト（円）である。「償却期間」とは、例えば、対象設備１１の使用可能期間（年）であり、対象設備１１の減価償却費を計上する際に用いられる情報である。

本実施形態では、発電機１１ａの燃料コストは１０［円／ｋＷｈ］であるため、発電機１１ａが１ｋＷｈの電力量を発電するには、１０円分の燃料を要する。また、本実施形態では、発電機１１ａの償却期間は２０年であるため、発電機１１ａは導入してから２０年間使用可能である。

また、図４には、対象設備１１の仕様に関する情報として、「出力変化率」（発電機１１ａ及び蓄電池１１ｃのみ）及び「最低出力」（発電機１１ａのみ）が示されている。

「出力変化率」とは、例えば、対象設備１１の定格出力に対する発電量の時間的な変化率の許容範囲である。本実施形態では、発電機１１ａの出力変化率は５［％／分］であるため、１分あたりの発電量の変化は、定格出力に対して５％の範囲で許容される。「最低出力」とは、対象設備１１に対して予め設定された発電量の下限である。本実施形態では、発電機１１ａの最低出力は２０［％］であるため、発電機１１ａの出力が定格出力の２０％を下回らないように制御される必要がある。

負荷実績ＤＢ２０３ｃには、所定の期間において負荷１～３の夫々が消費した電力（ｋＷ）及びこれらの総計が時系列で記録されている。図５は、負荷実績報ＤＢ２０３ｃの一例を示す図である。

この例では、２０２０年５月２０日の０：００から、３０分置きの消費電力（ｋＷ）が記録されている。例えば、２０２０年５月２０日の０：００において、負荷１、負荷２及び負荷３の夫々が消費した電力は、１０ｋＷ、２３ｋＷ及び２０ｋＷである。この時刻における負荷１～３が消費した電力総計は、５３ｋＷである。

なお、この例では３０分置きに消費電力（ｋＷ）が記録されているが、これに代えて、例えば３０分間の消費電力量（ｋＷｈ）を３０分置きに記録することとしてもよい。

図６及び図７は、負荷実績ＤＢ２０３ｃを用いて作成された負荷１～３の夫々の消費電力の推移を示す図である。図６及び図７において、負荷１～３の夫々の消費電力の推移が積み上げグラフで示されている。

図６及び図７のグラフは夫々、２０２０年８月１日及び同年９月１日における０：００から翌日の０：００までのグラフである。図６及び図７に示したＬ（１，ｔ）、Ｌ（２，ｔ）及びＬ（３，ｔ）は夫々、負荷１、負荷２及び負荷３の消費電力の推移である。

図６に示した２０２０年８月１日において、負荷１、負荷２及び負荷３の消費電力は夫々、２５ｋＷ、１５ｋＷ及び１０ｋＷ程度で推移している。そして、負荷１～３の消費電力の総計は、５０ｋＷ程度で推移している。

一方、図７に示した２０２０年９月１日において、負荷１、負荷２及び負荷３の消費電力は夫々、２５ｋＷ、１０ｋＷ及び５ｋＷ程度で推移している。そして、負荷１～３の消費電力の総計は、４０ｋＷ程度で推移している。

つまり、図６及び図７からわかるように、負荷１～３の消費電力の総計は、日が異なると大きく変動する場合がある。または、負荷１のように、日が異なっても消費電力が安定的に推移する負荷もある。

気象実績ＤＢ２０３ｄには、所定の期間における地域Ａの気象情報が時系列で記録されている。図８は、気象実績ＤＢ２０３ｄの一例を示す図である。

この例では、２０２０年５月２０日の０：００から、３０分置きに気象情報が記録されている。本実施形態では、気象情報として、気温、湿度、日射量、雲量及び風速が含まれている。詳細は後述するが、気象情報は、太陽電池１１ｂが発電する電力を計算するために用いられる。

重要度ＤＢ２０３ｅには、負荷１～３の夫々に対して予め設定され、負荷１～３の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数（以下「重要度を示す係数」又は、単に「重要度」と称する）が記録されている。図９は、重要度ＤＢ２０３ｅの一例を示す図である。この例では、重要度を示す係数が「重要度」として示されている。

「重要度を示す係数」とは、詳細は後述するが、負荷１～３の夫々に対する電力供給が平常時に比べて単位電力量（１ｋＷｈ）だけ低下した場合に予想される影響をコスト（円）に換算した値であり、単位は「円／ｋＷｈ」である。

本明細書において「影響」とは、例えば、電力の供給が平常時に比べて不足することにより、負荷が受ける社会的な影響をいう。

重要度を示す係数は、情報処理装置２の使用者（以下、単に「使用者」と称する）によって予め設定されている係数である。

図９の例では、負荷１の重要度が、負荷１～３のうちで最も高く設定されている。例えば、負荷１に対する電力が停止又は平常時に比べて低下すると、負荷１は、負荷２又は負荷３に比べて大きな影響を受けることが予想される場合、使用者はこの例のように設定すればよい。

［入力装置２０４］
入力装置２０４は、ユーザによるコマンドやデータの入力を受け付ける装置であり、キーボード、タッチパネルディスプレイ上でのタッチ位置を検出するタッチセンサなどの入力インタフェースを含む。

［出力装置２０５］
出力装置２０５は、例えばディスプレイやプリンタなどの装置である。

［記録媒体読取装置２０６］
記録媒体読取装置２０６は、ＳＤカードやＤＶＤ、ＣＤＲＯＭ等の記録媒体６に記録された容量決定プログラム２０３ａ等の様々なデータを読み取り、記憶装置２０３に格納する。

＜各種コストについて＞
情報処理装置２は、後述する対象設備１１の容量を決定する処理において、導入コストＣｉと、維持コストＣｏと、遮断コストＣｓとを扱う。更に、情報処理装置２は、これらのコストの総和である総合コストＣｔを扱う。以下、夫々について定義しておく。
［総合コスト］
総合コストＣｔは、詳細は後述する導入コストＣｉと、維持コストＣｏと、遮断コストＣｓとの総和であり、下記の数式１で定義される。

［導入コスト］
導入コストＣｉは、対象設備１１の導入に要するコストである。導入コストＣｉは、下記の数式２で定義される。

ここで、右辺の添え字「ｉ」は、対象設備１１の種別（発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ又は蓄電池１１ｃ）を識別するための添え字である。Ｃｐは、図４の設備情報ＤＢ２０３ｂに示した「設備導入コスト」である。Ｙａは、設備情報ＤＢ２０３ｂに示した「償却期間」である。

Ｄａは、評価期間であって、単位は「日」である。「評価期間」とは、総合コストＣｔが発生する期間であり、停電が発生している期間を想定した期間である。

従って、数式２によれば、導入コストＣｉは、対象設備１１の導入に要するコストを、償却期間のうちの一部の期間である評価期間のコストに換算したものである。

［維持コスト］
維持コストＣｏは、対象設備１１の維持に要するコストである。維持コストＣｏは、下記の数式３で定義される。

ここで、右辺の添え字「ｉ」は、数式２と同様に、対象設備１１の種別を識別するための添え字である。右辺の添え字「ｔ」は、評価期間Ｄａ内の各時刻であり、所定の時間間隔Δｔで抽出された時刻である。

右辺のＦは、対象設備１１の燃料単価であり、単位は「円／リットル」などである。Ｅは、対象設備１１の発電効率であり、単位は「リットル／ｋＷｈ」などである。Ｇ（ｉ，ｔ）は、対象設備１１の時刻ｔにおける発電量であり、単位は「ｋＷ」である。Ｍは、対象設備１１の保守に要する費用であり、単位は「円／年である」。

維持コストＣｏについても導入コストＣｉと同様に、償却期間Ｙａのうちの一部の期間である評価期間Ｄａのコストに換算したものである。

［遮断コスト］
遮断コストＣｓは、負荷１～３の夫々に対する電力供給が平常時に比べて低下した場合に予想される影響をコスト（円）に換算した値である。遮断コストＣｓは、複数の負荷の夫々の遮断電力（詳細は後述）及び重要度を示す係数（図９等）で定まるコストである。遮断コストは、例えば下記の数式４で定義される。

ここで、右辺の添え字「ｋ」は、負荷の種別を識別するための添え字である。右辺の添え字「ｔ」は、数式３と同様に、評価期間Ｄａ内の各時刻である。

右辺のＳ（ｋ）は、図９の重要度ＤＢ２０３ｅに示した負荷ｋの「重要度」である。Ｌｃｕｔ（ｋ，ｔ）は、負荷ｋの時刻ｔにおける遮断電力であり、単位は「ｋＷ」である。

遮断電力Ｌｃｕｔについて詳細に説明する。複数の負荷ｋの夫々の遮断電力Ｌｃｕｔ（ｋ，ｔ）は、対象設備１１が供給可能な電力の予測値を所定の規則に基づいて複数の負荷の夫々に分配した電力と、複数の負荷ｋの夫々が消費した電力の実績値とで定まる電力である。

ここでの「供給可能な電力の予測値」は、発電機１１ａが発電可能な電力と、蓄電池１１ｃが放電又は充電可能な電力と、太陽電池１１ｂが発電する電力の予測値に基づいて計算される。

また、供給可能な電力の予測値は、対象設備１１（発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃ）の夫々の容量に基づいて計算される。なお、太陽電池１１ｂが発電する電力の予測値については、気象実績ＤＢ２０３ｄに記録された気象情報に更に基づいて計算される。

また、「所定の規則」とは、使用者が予め定めた規則であって、特に制限はない。一例として、所定の規則は、対象設備１１の夫々の容量が与えられた場合に、遮断コストＣｓを最小化するように、供給可能な電力の予測値を複数の負荷ｋの夫々に分配するとした規則であってもよい。

他の例として、所定の規則は、供給可能な電力の予測値を、重要度が高い負荷ｋから順番に、負荷ｋが消費した電力の実績値を上限として分配するとした規則であってもよい。他の例として、所定の規則は、供給可能な電力の予測値を、複数の負荷ｋの夫々の重要度に比例する比率で分配するとした規則であってもよい。

また、ここでの「複数の負荷の夫々が消費した電力の実績値」とは、過去の所定の期間において負荷１～３の夫々が消費した電力の実績値であり、負荷実績ＤＢ２０３ｃに記録されている。遮断電力Ｌｃｕｔの計算に用いられる実績値Ｌ（ｋ，ｔ）は、負荷実績ＤＢ２０３ｃから抽出された過去の期間の実績値である（図６又は７等）。

本実施形態では、数式４に示すように、遮断コストＣｓを、複数の負荷ｋの夫々の遮断電力Ｌｃｕｔ（ｋ，ｔ）に対し、重要度を示す係数Ｓ（ｋ）を重み係数として適用した場合の総和として定める。

以上、各種コストについて定義を行ったが、ここで各種コストの間の関係について説明する。図１０は、各種コストの間の関係を説明するための概念図である。

図１０において、横軸は対象設備１１の容量の総計であり、縦軸は各種コストである。一般に、対象設備１１の容量が大きいほど、導入コストＣｉ及び維持コストＣｏは大きくなり、これらの総和も大きくなる。また、対象設備１１の容量が大きいほど、遮断電力は小さく抑えられるため、遮断コストＣｓは小さくなる。従って、これらの総和である総合コストＣｔは、対象設備１１の容量を変数とした場合、図１０に示すように極小値を有することが期待される。

マイクログリッド１を構築する際、総合コストＣｔを考慮することによって、電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定することが可能となる。

このとき、対象設備１１の容量として、総合コストＣｔを最小化する容量を選択することが好ましい。情報処理装置２は、そのような対象設備１１の容量を決定するための装置である。

＜情報処理装置２の機能ブロック＞
図１１を用いて、情報処理装置２の構成について説明する。図１１は、情報処理装置２の機能ブロックを示す図である。

情報処理装置２は、取得部２１０（第１取得部に相当）と、取得部２１１（第２取得部に相当）と、取得部２１２（第４取得部に相当）と、取得部２１３（第３取得部に相当）と、計算部２１４と、決定部２１５と、出力部２１６とを含む。

これらの各機能は、情報処理装置２のハードウェアによって本実施形態に係る容量決定プログラム２０３ａが実行されることにより実現される。

［取得部２１０］
取得部２１０は、設備情報ＤＢ２０３ｂ（図４）から、対象設備１１の導入及び維持に要するコスト（導入コストＣｉと、維持コストＣｏとの和に相当）を計算するための情報を取得する。

本実施形態では、対象設備１１として発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃを含む。そのため、取得部２１０は、図４の設備情報ＤＢ２０３ｂから、夫々の設備に対する項目の値を抽出して取得する。

［取得部２１１］
取得部２１１は、負荷実績ＤＢ２０３ｃ（図５）から、過去の所定期間における複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得する。取得部２１１は、異なる過去の所定期間について消費電力の複数の実績値を取得する。

［取得部２１２］
取得部２１２は、気象実績ＤＢ２０３ｄ（図８）から、過去の所定期間の気象情報を取得する。ここでの「過去の所定期間」とは、上述の取得部２１１が取得した消費電力の実績値に対応する期間である。

［取得部２１３］
取得部２１３は、重要度ＤＢ２０３ｅ（図９）から、負荷１～３の夫々について、重要度を示す係数を取得する。

［計算部２１４］
計算部２１４は、導入コストＣｉと、維持コストＣｏと、遮断コストＣｓとの総和である総合コストＣｔを最小化する際の対象設備１１の容量及び負荷１～３の夫々の遮断電力を計算する。

このとき、計算部２１４は、対象設備１１の容量を決定変数とし、総合コストＣｔを目的関数として最小化することにより、対象設備１１の容量を計算する。

計算部２１４は、目的関数である総合コストＣｔを最小化する際、以下に示す５つの制約条件（制約条件１～５）を課す。以下、夫々について説明する。

・制約条件１
計算部２１４は、評価期間Ｄａ内の各時刻ｔにおいて、供給可能な電力の予測値から蓄電池１１ｃに充電される電力の予測値を減じた量と、複数の負荷の消費電力の実績値から複数の負荷の夫々の遮断電力を減じた量とが等しいとする条件の下で、対象設備１１の容量を計算する。

具体的には、計算部２１４は、下記の数式５に示す条件の下で、対象設備１１の容量を計算する。

ここで、左辺の添え字「ｉ」は、対象設備１１の種別（発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃ）の夫々が複数である場合に、それらを識別するための添え字である。本実施形態では、発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃの夫々の数は１であるため、ａ＝ｂ＝ｃ＝１である。

右辺の添え字「ｉ」は、負荷を識別するための添え字である。本実施形態では、負荷の数は３であるため、ｎ＝３である。

左辺のＧ（ｉ，ｔ）は、添え字「ｉ」に対応する発電機１１ａが時刻ｔにおいて発電する電力である。Ｒ（ｉ，ｔ）は、添え字「ｉ」に対応する太陽電池１１ｂが時刻ｔにおいて発電する電力である。Ｂｄ（ｉ，ｔ）は、添え字「ｉ」に対応する蓄電池１１ｃが時刻ｔにおいて放電する電力である。Ｂｃ（ｉ，ｔ）は、添え字「ｉ」に対応する蓄電池１１ｃが時刻ｔにおいて充電する電力である。

右辺のＬ（ｉ，ｔ）は、負荷ｉが時刻ｔに消費した電力の実績値である。Ｌｃｕｔ（ｉ，ｔ）は、負荷ｉの時刻ｔにおける遮断電力である。

・制約条件２
計算部２１４は、各時刻ｔにおいて、発電機１１ａの出力変化率が規定値の範囲内であるとする条件の下で対象設備１１の容量を計算する。

具体的には、計算部２１４は、下記の数式６に示す条件を更に課して、対象設備１１の容量を計算する。

ここで、添え字「ｉ」は、発電機１１ａの数が複数である場合に、それらを識別するための添え字であるが、本実施形態では発電機１１ａの数は１である。ΔＧｍｉｎ及びΔＧｍａｘは夫々、発電機１１ａの出力変化率の下限及び上限である。

・制約条件３
計算部２１４は、各時刻ｔにおいて、発電機１１ａの出力が、規定値以上であるとする条件の下で対象設備１１の容量を計算する。

具体的には、計算部２１４は、下記の数式７に示す条件を更に課して、対象設備１１の容量を計算する。

ここで、添え字「ｉ」は、数式６と同様である。Ｇｍｉｎは、発電機１１ａの出力の下限である。

・制約条件４
計算部２１４は、評価期間Ｄａ内の各時刻ｔにおいて、対象設備１１の夫々の燃料タンク内の燃料の残量が、規定値の範囲であるとする条件の下で対象設備１１の容量を計算する。

具体的には、計算部２１４は、下記の数式８に示す条件を更に課して、対象設備１１の容量を計算する。

ここで、添え字「ｉ」は、数式２等と同様に、対象設備１１の種別を識別するための添え字である。Ｆｍｉｎ及びＦｍａｘは夫々、燃料タンク内の燃料残量の下限及び上限である。Ｆは、燃料タンク内の燃料の残量である。
・制約条件５
計算部２１４は、評価期間Ｄａ内の各時刻ｔにおいて、蓄電池１１ｃの充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が、規定値の範囲であるとする条件の下で対象設備１１の容量を計算する。

具体的には、計算部２１４は、下記の数式９に示す条件を更に課して、対象設備１１の容量を計算する。

ここで、ＳＯＣは、蓄電池１１ｃの充電状態であり、単位は「％」である。ＳＯＣが１００％のときは満充電状態であり、０％のときは完全放電状態である。ＳＯＣｍｉｎ及びＳＯＣｍａｘはそれぞれ、ＳＯＣの下限値である。

本実施形態では、計算部２１４は、複数の消費電力の実績値の夫々についての総合コストＣｔを最小化する、複数通りの対象設備１１の容量を計算する。

［決定部２１５］
決定部２１５は、計算部２１４による計算結果に基づいて対象設備１１の容量を決定する。本実施形態では、決定部２１５は、計算部２１４が計算した複数通りの対象設備１１の容量に基づいて、対象設備１１の容量を決定する。具体的には、決定部２１５は、複数通りの対象設備１１の最大の容量の値を、対象設備１１の容量として決定する。

ここで決定部２１５が決定する容量の一例として、複数通りの対象設備１１の容量のうち最大の容量の値としたがこれに限られない。例えば、決定部２１５が決定する容量として、最大の容量の値に対して所定の値をマージンとして加えた値等であってもよい。また、決定部２１５が決定する容量の他の例として、複数通りの対象設備１１の容量のうち、上位の２番目の容量、上位の２番目までの容量の平均等であっても、複数通りの対象設備１１の容量の平均よりも大きければよい。

決定部２１５は、少なくとも、複数通りの対象設備１１の容量の平均値より大きい値を、対象設備１１の容量とすれば、導入コストＣｉ及び維持コストＣｏの総計を抑制しつつ、より確実に重要度の高い負荷に電力を供給できる。

本実施形態では、決定部２１５は、複数通りの対象設備１１の容量のうち最大の容量を、対象設備１１の容量として決定する。

［出力部２１６］
出力部２１６は、決定部２１５によって決定された対象設備１１の容量を出力する。

以上、情報処理装置２の構成について説明した。このような構成によれば、電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定することが可能となる。

＜対象設備の容量を出力するまでの処理＞
図１２を用いて、対象設備１１の容量を出力するまでの処理について説明する。図１２は、情報処理装置２が対象設備１１の容量を出力するまでの処理の流れを説明するフローチャートである。対象設備１１の容量を出力するまでの処理は、ステップＳ１０１～Ｓ１０７を含む。

先ず、ステップＳ１０１において、取得部２１０は、設備情報ＤＢ２０３ｂ（図４）から、対象設備１１の導入及び維持に要するコスト（導入コストＣｉと、維持コストＣｏとの和に相当）を計算するための情報を取得する。

本実施形態では、対象設備１１として、発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃを含むため、図４の設備情報ＤＢ２０３ｂから、夫々の設備に対する項目の値を抽出して取得する。

次いで、ステップＳ１０２において、取得部２１１は、負荷実績ＤＢ２０３ｃ（図５）から、過去の所定期間における複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得する。ここで、取得部２１１は、異なる過去の所定期間について消費電力の複数の実績値を取得する。

この例では、取得部２１１は、異なる過去の所定期間として、過去１年間以内の日のうち、２０２０年８月１日、９月１日、１０月１日、１１月１日、１２月１日、２０２１年１月１日、２月１日、３月１日、４月１日及び５月１日の１０日（夫々、パターン１～１０に対応する）の夫々の、暦日の消費電力の実績値を、負荷実績ＤＢ２０３ｃから抽出して取得する。

図６及び図７は、２０２０年８月１日（パターン１）及び９月１日（パターン２）の夫々の暦日の消費電力の実績値をグラフで示したものである。例えば、図６に示した２０２０年８月１日において、負荷１、負荷２及び負荷３の消費電力は夫々、２５ｋＷ、１５ｋＷ及び１０ｋＷ程度で推移している。そして、負荷１～３の消費電力の総計は、５０ｋＷ程度で推移している。

次いで、ステップＳ１０３において、取得部２１２は、気象実績ＤＢ２０３ｄ（図８）から、過去の所定期間の気象情報を取得する（ステップＳ１０３）。ここでの「過去の所定期間」とは、上述の取得部２１１が取得した消費電力の実績値に対応する期間である。

つまり、この例では、取得部２１２は、過去１年間以内の日のうち、２０２０年８月１日、９月１日、１０月１日、１１月１日、１２月１日、２０２１年１月１日、２月１日、３月１日、４月１日及び５月１日の１０日（夫々、上述のパターン１～１０に対応する）の夫々の、気象情報を、気象実績ＤＢ２０３ｄから抽出して取得する。

次いで、ステップＳ１０４において、取得部２１３は、重要度ＤＢ２０３ｅ（図９）から、負荷１～３の夫々について、重要度を示す係数を取得する。取得部２１３は、負荷１、負荷２及び負荷３の重要度として夫々、２５円／ｋＷｈ、１０円／ｋＷｈ及び０円／ｋＷｈを取得する。

次いで、ステップＳ１０５において、計算部２１４は、導入コストＣｉと、維持コストＣｏと、遮断コストＣｓとの総和である総合コストＣｔを最小化する際の対象設備１１の容量を計算する。

このとき、計算部２１４は、対象設備１１の容量を決定変数とし、総合コストＣｔを目的関数として最小化することにより、対象設備１１の容量を計算する。

また、このとき、計算部２１４は、上述した５つの制約条件（制約条件１～５）を課して、目的関数である総合コストＣｔを最小化する。

本実施形態では、計算部２１４は、ステップＳ１０５において、複数の消費電力の実績値の夫々についての総合コストＣｔを最小化する、複数通りの対象設備１１の容量を計算する。複数の消費電力の実績値とは、取得部２１１がステップＳ１０２において取得した、１０日の夫々の暦日の消費電力の実績値である。

計算部２１４による計算結果の例について説明する。図１３及び図１４は、気象情報の実績値毎に行った対象設備１１の容量の計算結果の例を示す図である。図１５は、対象設備１１の容量の計算結果の例を示す図である。

図１３及び図１４は夫々、２０２０年８月１日（パターン１であって、図６に対応する）及び９月１日（パターン２であって、図７に対応する）の消費電力の実績値に基づく計算結果を示す図である。図１３及び図１４の夫々において、図６及び図７に示した実績値が破線で示されている。なお、１０日のうち他の８日についての結果の図示は省略する。

図１３及び図１４には、各時刻ｔに、発電機１１ａが発電する電力Ｇ（ｔ）、蓄電池１１ｃが放電する電力Ｂｄ（ｔ）、蓄電池１１ｃが充電する電力Ｂｃ（ｔ）及び太陽電池１１ｂが発電する電力Ｒ（ｔ）が示されている。

更に、図１３及び図１４には、各時刻ｔにおける、負荷ｋ（ｋ＝１、２）についての遮断電力Ｌｃｕｔ（ｋ，ｔ）が示されている。なお、負荷１についての遮断電力Ｌｃｕｔ（１，ｔ）は示されていないが、これは、遮断電力Ｌｃｕｔ（１，ｔ）が０であると計算されたことによる。

例えば、図６及び図１３に着目すると、図６に示した負荷１の消費電力の実績値Ｌ（１，ｔ）は、図１３に示した発電機１１ａが発電する電力Ｇ（ｔ）によって、１暦日に亘って賄えることがわかる。これは、負荷１～３のうち負荷１の重要度を示す係数が最も大きく設定されていることによる。これによって、負荷１の電力需要を優先的に満たせるよう、対象設備１１の容量が計算される。

また、図６に示した負荷２の消費電力の実績値Ｌ（２，ｔ）は、１０：００～１５：００付近の時間帯では、図１３に示した太陽電池１１ｂが発電する電力Ｒ（ｔ）で全て賄えることがわかる。他の時間帯については、図１３に示した太陽電池１１ｂが発電する電力Ｒ（ｔ）で一部のみ賄えることがわかる。

また、図６に示した負荷３の消費電力の実績値Ｌ（３，ｔ）は、１０：００～１５：００付近の時間帯では、図１３に示した太陽電池１１ｂが発電する電力Ｒ（ｔ）で全て賄えることがわかる。他の時間帯については、負荷３に対する電力の供給が完全に停止していることがわかる。これは、負荷１～３のうち負荷３の重要度を示す係数が最も小さく設定されていることによる。これによって、負荷３の電力需要を満たす優先度を最も下げるよう、対象設備１１の容量が計算される。

図１５に示すように、パターン１（２０２０年８月１日）について計算された発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃの夫々の容量は、３０ｋＷ、７５ｋＷ及び２５ｋＷである。パターン２（２０２０年９月１日）について計算された発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃの夫々の容量は、４５ｋＷ、５２ｋＷ及び３４ｋＷである。

詳細は後述するが、図１５に示した計算結果に基づいて、決定部２１５は、対象設備１１の容量を一意に決定する。

次いで、ステップＳ１０６において、決定部２１５は、計算部２１４による計算結果に基づいて対象設備１１の容量を決定する。

本実施形態では、決定部２１５は、図１５に示した複数通りの対象設備１１の容量に基づいて、対象設備１１の容量を決定する。図１６は、決定部２１５によって決定された対象設備１１の容量の一例を示す図である。

決定部２１５は、複数通りの対象設備１１の容量のうち最大の容量を、対象設備１１の容量として決定する。具体的には、図１５に示した計算結果において、発電機１１ａの容量については、パターン１～１０のうち、パターン５の結果が５０ｋＷで最大である。同様に、太陽電池１１ｂの容量については、パターン６の結果が８２ｋＷで最大である。同様に、蓄電池１１ｃの容量については、パターン３の結果が６２ｋＷで最大である。

決定部２１５は、上記の結果から、発電機１１ａ、太陽電池１１ｂ及び蓄電池１１ｃの容量を夫々、５０ｋＷ、８２ｋＷ及び６２ｋＷと決定する（図１６）。

次いで、ステップＳ１０７において、出力部２１６は、決定部２１５によって決定された対象設備１１の容量を出力する。

以上、情報処理装置２の処理手順について説明した。このような処理手順によれば、電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定することが可能となる。

＝＝まとめ＝＝
以上、実施形態の情報処理装置２は、マイクログリッド１が電力系統３に対して切断された場合にマイクログリッド１に接続された複数の負荷に電力を供給すべく対象設備１１の容量を決定する情報処理装置２であって、対象設備１１の導入及び維持に要する第１コストを計算するための情報を取得する取得部２１０と、過去の所定期間における複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得する取得部２１１と、複数の負荷の夫々に対して予め設定され、複数の負荷の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数を取得する取得部２１３と、前記第１コストを計算するための情報に基づいて得られる第１コストと、複数の負荷の夫々の遮断電力及び係数で定まる第２コストとの総和である総合コストを最小化する際の対象設備１１の容量及び複数の負荷の夫々の遮断電力を計算する計算部２１４と、を備える。

このような構成によれば、電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定することができる。

また、実施形態の情報処理装置２において、計算部２１４は、第２コストを、複数の負荷の夫々の遮断電力に対し、重要度を示す係数を重み係数として適用した場合の総和として定め、対象設備１１の容量を決定変数とし、総合コストを目的関数として最小化することにより、対象設備１１の容量を計算する。このような構成によれば、第２コストの精度が向上するため、実際に災害が発生した場合に予想される影響を正確に評価することができる。

また、実施形態の情報処理装置２は、計算部２１４による計算結果に基づいて対象設備１１の容量を決定する決定部２１５を更に備え、取得部２１１は、異なる過去の所定期間について消費電力の複数の実績値を取得し、計算部２１４は、複数の実績値の夫々についての総合コストを最小化する、複数通りの対象設備１１の容量を計算し、決定部２１５は、複数通りの対象設備１１の容量の平均値よりも大きい容量の値を、対象設備１１の容量として決定する。このような構成によれば、季節や気象等の変動を考慮して、対象設備１１の容量を決定することができる。

また、実施形態の情報処理装置２において、決定部２１５は、複数通りの対象設備１１の容量のうち最大の容量を、対象設備１１の容量として決定する。このような構成によれば、季節や気象等が変動しても、必要最低限の電力を供給可能な対象設備１１の容量を決定することができる。

また、実施形態の情報処理装置２において、対象設備１１は、発電機１１ａと、蓄電池１１ｃと、太陽電池１１ｂとを含み、過去の所定期間の気象情報を取得する取得部２１２を更に備え、計算部２１４は、気象情報に基づいて太陽電池１１ｂが発電する電力の予測値を計算し、供給可能な電力の予測値を、発電機１１ａが発電する電力の予測値と、蓄電池１１ｃが放電又は充電する電力の予測値と、太陽電池１１ｂが発電する電力の予測値に基づいて計算する。このような構成によれば、電力の供給源を分散することができ、電力の供給を安定させることができる。

また、実施形態の情報処理装置２において、計算部２１４は、各時刻において、供給可能な電力の予測値から蓄電池１１ｃに充電される電力の予測値を減じた量と、複数の負荷の消費電力の実績値から複数の負荷の夫々の遮断電力を減じた量とが等しいとする条件の下で、対象設備１１の容量を計算する。このような構成によれば、更に現実に基づいた容量の計算が可能になり、容量の計算精度が向上する。

実施形態の情報処理方法は、マイクログリッド１が電力系統３に対して切断された場合にマイクログリッド１に接続された複数の負荷に電力を供給すべく対象設備１１の容量を決定する情報処理方法であって、対象設備１１の導入及び維持に要する第１コストを計算するための情報を取得するステップと、過去の所定期間における複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得するステップと、複数の負荷の夫々に対して予め設定され、複数の負荷の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数を取得するステップと、前記第１コストを計算するための情報に基づいて得られる第１コストと、複数の負荷の夫々の遮断電力及び重要度を示す係数で定まる第２コストとの総和である総合コストを最小化する際の前対象設備１１の容量及び複数の負荷の夫々の遮断電力を計算するステップと、を含む。

このような方法によれば、電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定することができる。

実施形態の情報処理プログラムは、マイクログリッド１が電力系統３に対して切断された場合にマイクログリッド１に接続された複数の負荷に電力を供給すべく対象設備１１の容量を決定する情報処理プログラムであって、コンピュータに、対象設備１１の導入及び維持に要する第１コストを計算するための情報を取得する取得部２１０と、過去の所定期間における複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得する取得部２１１と、複数の負荷の夫々に対して予め設定され、複数の負荷の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数を取得する取得部２１３と、前記第１コストを計算するための情報に基づいて得られる第１コストと、複数の負荷の夫々の遮断電力及び重要度を示す係数で定まる第２コストとの総和である総合コストを最小化する際の前対象設備１１の容量及び複数の負荷の夫々の遮断電力を計算する計算部２１４と、を実現さる。

このようなプログラムによれば、電力供給設備を導入及び維持するためのコストと、実際に災害が発生した場合に予想される影響とを考慮し、電力供給設備の容量を決定することができる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。

１：マイクログリッド
１０：配電線
２：情報処理装置
２００：ＣＰＵ
２０１：メモリ
２０２：通信装置
２０３：記憶装置
２０３ａ：容量決定プログラム
２０３ｂ：設備情報ＤＢ
２０３ｃ：負荷実績ＤＢ
２０３ｄ：気象実績ＤＢ
２０３ｅ：重要度ＤＢ
２０４：入力装置
２０５：出力装置
２０６：記録媒体読取装置
２１０：取得部
２１１：取得部
２１２：取得部
２１３：取得部
２１４：計算部
２１５：決定部
２１６：出力部
３：電力系統
３０：遮断機
５：ネットワーク
６：記録媒体

Claims (8)

1. マイクログリッドが電力系統に対して切断された場合に前記マイクログリッドに接続された複数の負荷に電力を供給すべく対象設備の容量を決定する情報処理装置であって、
   前記対象設備の導入及び維持に要する第１コストを計算するための情報を取得する第１取得部と、
   過去の所定期間における前記複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得する第２取得部と、
   前記複数の負荷の夫々に対して予め設定され、前記複数の負荷の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数を取得する第３取得部と、
   前記第１コストを計算するための情報に基づいて得られる前記第１コストと、前記複数の負荷の夫々の遮断電力及び前記係数で定まる第２コストとの総和である総合コストを最小化する際の前対象設備の容量及び複数の負荷の夫々の遮断電力を計算する計算部と
   を備える情報処理装置。
2. 請求項１に記載の情報処理装置であって、
   前記計算部は、
   前記第２コストを、前記複数の負荷の夫々の遮断電力に対し、前記係数を重み係数として適用した場合の総和として定め、
   前記対象設備の容量を決定変数とし、前記総合コストを目的関数として最小化することにより、前記対象設備の容量を計算する、
   情報処理装置。
3. 請求項１又は２に記載の情報処理装置であって、
   前記計算部による計算結果に基づいて前記対象設備の容量を決定する決定部を更に備え、
   前記第２取得部は、異なる過去の所定期間について前記消費電力の複数の実績値を取得し、
   前記計算部は、前記複数の実績値の夫々についての前記総合コストを最小化する、複数通りの前記対象設備の容量を計算し、
   前記決定部は、前記複数通りの前記対象設備の容量の平均値よりも大きい容量の値を、前記対象設備の容量として決定する、
   情報処理装置。
4. 請求項３に記載の情報処理装置であって、
   前記決定部は、前記複数通りの前記対象設備の容量のうち最大の容量を、前記対象設備の容量として決定する、
   情報処理装置。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載の情報処理装置であって、
   前記対象設備は、発電機と、蓄電池と、太陽電池とを含み、
   前記過去の所定期間の気象情報を取得する第４取得部を更に備え、
   前記計算部は、
   前記気象情報に基づいて前記太陽電池が発電する電力の予測値を計算し、
   前記供給可能な電力の予測値を、前記発電機が発電する電力の予測値と、前記蓄電池が放電又は充電する電力の予測値と、前記太陽電池が発電する電力の予測値に基づいて計算する、
   情報処理装置。
6. 請求項５に記載の情報処理装置であって、
   前記計算部は、各時刻において、前記供給可能な電力の予測値から前記蓄電池に充電される電力の予測値を減じた量と、前記複数の負荷の消費電力の実績値から前記複数の負荷の夫々の遮断電力を減じた量とが等しいとする条件の下で、前記対象設備の容量を計算する、
   情報処理装置。
7. マイクログリッドが電力系統に対して切断された場合に前記マイクログリッドに接続された複数の負荷に電力を供給すべく対象設備の容量を決定する情報処理方法であって、
   前記対象設備の導入及び維持に要する第１コストを計算するための情報を取得するステップと、
   過去の所定期間における前記複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得するステップと、
   前記複数の負荷の夫々に対して予め設定され、前記複数の負荷の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数を取得するステップと、
   前記第１コストを計算するための情報に基づいて得られる前記第１コストと、前記複数の負荷の夫々の遮断電力及び前記係数で定まる第２コストとの総和である総合コストを最小化する際の前対象設備の容量及び複数の負荷の夫々の遮断電力を計算するステップと、
   を含む情報処理方法。
8. マイクログリッドが電力系統に対して切断された場合に前記マイクログリッドに接続された複数の負荷に電力を供給すべく対象設備の容量を決定する情報処理プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記対象設備の導入及び維持に要する第１コストを計算するための情報を取得する第１取得部と、
   過去の所定期間における前記複数の負荷の夫々の消費電力の実績値を取得する第２取得部と、
   前記複数の負荷の夫々に対して予め設定され、前記複数の負荷の夫々に対する電力供給の重要度を示す係数を取得する第３取得部と、
   前記第１コストを計算するための情報に基づいて得られる前記第１コストと、前記複数の負荷の夫々の遮断電力及び前記係数で定まる第２コストとの総和である総合コストを最小化する際の前対象設備の容量及び複数の負荷の夫々の遮断電力を計算する計算部と、
   を実現させる、
   情報処理プログラム。

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