JP5101675B2 - 需給バランス制御装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、たとえばスマートグリッドにおける需給バランス制御装置に関する。

計画段階では予測できなかった需用電力と購入電力の差を検出し、電力品質が維持できない場合には、最小限のコストで、融通を受ける先となる他の電力系統需給制御装置と融通を受ける電力量とを、リアルタイムで決定する融通判定装置が知られている。

各需要家は所定値の電力需要契約を結ぶこととなっており、この契約電力量を上回るか否かが、融通判定装置で判定される。

電力需要契約は、実際に必要な電力需要量との乖離があり、実際に消費されない電力需要を契約に見込む必要がある。したがって、この融通判定装置では、不用意に大量の発電を行う計画が立案されるという問題がある。余剰な発電を行うと、この余剰電力を貯蔵する大規模な電力貯蔵装置が必要となる。

また特に、太陽光発電や風力発電など、発電量に不確実性のある電力が供給される場合には、天候や気象条件に応じて、所定の契約電力量を供給できない可能性がある。リアルタイムで機能する融通判定装置は、容易に追加の電力要求を発生させる可能性が高まる問題がある。余剰な追加を行うと、余剰電力を貯蔵する大規模な電力貯蔵装置が必要となる。

また、別の先行技術として、以下のものが知られている。この先行技術では、負荷配分算出法により総発電出力から各発電出力目標値を生成する。この際、発電出力の予測値である期待値と、期待値の信頼度を表す分散とを基に、予測値の信頼度が高い場合は、経済負荷配分によって燃料費が最小となる経済性の高い発電出力目標を算出する。一方、予測値の信頼度が低い場合には、分散型電源の発電予備力を確保して、対応力の高い発電出力目標を算出する。

この先行技術では、太陽光発電や風力発電の持つ不確実性を、信頼度として表現し、この信頼度に応じて担当負荷配分を変更させる。この際、需要自体の不確実性は何ら考慮されていない。

このため、先に述べた先行技術と同様に、実際に消費されない電力を発電してしまうことになり、結果的に過大な発電を行ってしまう可能性があった。また、このとき発生する余剰電力を吸収する大規模な電力貯蔵装置を、システム内に建造保持しなくてはならないという問題があった。

特開2000−333369号公報 特開2008−271723号公報

本発明は、需要と供給を適切にバランスさせることで、大規模な電力貯蔵装置を必要としない需給制御を実現する需給バランス制御装置を提供する。

本発明の一態様として、所定期間における供給計画を立案する需給バランス制御装置が提供される。

前記需給バランス制御装置は、収集制御部と、第1記憶部と、第1予測部と、第2記憶部と、第1信頼値算出部と、電力受取部と、分配部と、電力供給量取得部と、第3記憶部と、第2予測部と、第4記憶部と、第2信頼値算出部と、バランス調整部と、計画立案部とを備える。

前記収集制御部は、需要家内に配置された、電力の消費を外部から制御可能な制御可能需要機器を含む需要機器により消費された電力量である電力需要量のデータを、前記需要家から収集する。

前記第1記憶部は、前記需要家毎に、前記電力需要量の履歴を格納する。

前記第1予測部は、前記第1記憶部における前記電力需要量の履歴に基づき、前記所定期間において前記需要家毎に必要とされる電力需要予測量を計算する。

前記第2記憶部は、前記予測部により計算された前記電力需要予測量を格納する。

前記第1信頼値算出部は、前記第1記憶部における過去の前記電力需要量と、前記過去の電力需要量に対して前記第1予測部により計算された過去の前記電力需要予測量との差分に基づき、前記第1予測部により計算された前記電力需要予測量に対する信頼値を前記需要家毎に算出する。

前記電力受取部は、複数の発電手段により電力を生成する電力系統から電力の供給を受ける。

前記分配部は、前記電力受取部へ供給された電力を前記需要家に分配する。

前記電力供給量取得部は、前記電力系統から供給される電力供給量のデータを前記電力系統から発電手段別に取得する。

前記第3記憶部は、前記発電手段別の電力供給量の履歴を記憶する。

前記第2予測部は、前記第3記憶部に記憶された履歴に基づき、前記発電手段別に前記所定期間において供給されると予測される電力供給予測量を計算する。

前記第4記憶部は、前記第2予測部により計算された電力供給予測量を格納する。

前記第2信頼値算出部は、前記第3記憶部における過去の前記電力供給量と、前記過去の前記電力供給量に対して前記第2予測部により計算された過去の前記電力供給予測量とのずれ量に基づき、前記第2予測部により予測された電力供給予測量に対する信頼値を前記発電手段毎に算出する。

前記バランス調整部は、前記第1予測部により計算された前記電力需要予測量を、前記第1信頼値算出部により算出された前記信頼値に応じた重みより重み付け合計した第1重み付け合計と、前記第2予測部により計算された電力供給予測量を、前記第2信頼値算出部により計算された信頼値に応じた重みにより重み付け合計した第2重み付け合計と、の差分に基づき、需給余裕度を求める。

前記計画立案部は、前記需給余裕度に基づき、前記所定期間における前記需要家内の前記制御可能需要機器の電力使用制御を計画する。

第1実施形態に関わる需給バランス制御装置を備えた需給制御システムのブロック構成を示す。 図1の需給バランス制御装置における供給計画立案部のブロック構成を示す。 需要家内の具体的な機器構成例を示す。 需要量データの第1の例を示す。 需要量データの第2の例を示す。 需要量データの第3の例を示す。 需要量データの第4の例を示す。 需要量データの第5の例を示す。 需要量データの第6の例を示す。 制御可能需要情報の第1の例を示す。 制御可能需要情報の第2の例を示す。 制御可能需要情報の第3の例を示す。 制御可能需要情報の第4の例を示す。 制御可能需要情報の第5の例を示す。 需要量の予測を行う様子を模式的に示す。 発電量の予測を行う様子を模式的に示す。 需要予測量の信頼値を計算方法を示す。 需給バランス部の動作を示す。 制御可能需要発生・停止判断テーブルの例を示す。 立案された供給計画の一例を示す。 図1に示す需給バランス制御装置による動作の流れを示す。 需要家毎にサンプリング間隔でデータ収集を行う様子を示す。 第2実施形態に係り、信頼度に応じてサンプリング間隔を変更する例を示す。 第2実施形態における需給バランス部の動作を示す。 第3実施形態に係る需給バランス制御装置による全体動作の流れを示す。 第3実施形態に係る需給差の計算例を示す。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

(第1実施形態)
図1に、第1実施形態に関わる需給バランス制御装置を備えた需給制御システムのブロック構成を示す。図2に、図1の需給バランス制御装置50における供給計画立案部1のブロック構成を示す。

この需給バランス制御装置は、複数の需要家の電力需要および電力系統からの電力供給を適切に予測することで、各需要家における制御可能需要機器の電力消費を適切に制御するとともに、またスマートグリッド等の電力系統への追加電力の要求、および電力貯蔵装置への充放電を適切に行う。これにより、供給電力量と電力需要のバランスをとり、当該電力系統での余分な電力の生成および当該電力系統からの過剰な電力供給を低減し、電力貯蔵装置のサイズも小さく抑える。

需給バランス制御装置50は、スマートグリッド等の電力系統100、電力を貯蔵する電力貯蔵装置130、および複数の需要家A〜Nと接続されている。

電力系統100は、複数の発電手段を備え、これら複数の発電手段により電力を生成する。複数の発電手段は、たとえば、原子力発電手段、水力発電手段、火力発電手段、風力発電手段、太陽光発電手段、波力発電手段、地熱発電手段など多数の発電手段を含む。

電力系統100は、発電手段別の電力供給量(供給可能電力量)を含む電力供給量データを、需給バランス制御装置50に送る。当該電力供給量データは、需給バランス制御装置50から発行される要求に応じて、または定期的に送られる。

需給バランス制御装置50は、電力供給量データを電力供給量入力部(電力供給量取得部、追加要求部)9で受信する。電力供給量データには、発電手段を識別するラベルと、当該発電手段による供給電力量のスケジュールとが含まれる。

スケジュールの形式は様々考えられる。将来の時間期間の電力でもよいし、現時点で供給されている電力でもよいし、現時点から所定期間内で供給される電力でもよい。上記所定の時間期間は、○○時○○分〜××時××分といった具体的な時間期間を指定した形式でもよいし、○○時○○分から15分間といった形式でもよい。

電力系統100は、生成した電力を、図示しない送電線を介して、電力需給制御装置(電量受取部、分配部)110に送る。電力需給制御装置110、当該電力を、電力線PLを介して、需要家に供給したり、必要に応じて、当該電力を、電力貯蔵装置130に充電する。また、電力需給制御装置110は、必要に応じて、電力貯蔵装置130から放電により電力を取り出して、需要家に供給することも行う。

需要家A〜Nは、需給バランス制御装置50と、情報線(制御線)CLおよび電力線PLを介して接続されている。情報線CLは、需要家A〜Nと需給バランス制御装置50間で、データまたは制御信号等の通信を行うためのものである。電力線PLは、需給バランス制御装置50における電力需給制御装置100から需要家A〜Nに、電力伝送を行うためのものである。

需要家A〜N内には、通信制御部21a〜21nが備えられる。また需要家A〜N内には、電力消費機器として、需要機器22a〜22n、制御可能需要機器23a〜23n、が備えられている。

制御可能需要機器は、その動作(消費電力)を外部から調整(制御)可能な機器である。このように制御可能な電力量は、制御可能需要量と称される。

需要家の一部または全部には、太陽光発電パネル等の発電機が設けられている。図1の例では、需要家N内に発電機24nが設けられている。他のいくつかの需要家内にも同様に発電機が設けられている。

通信制御部21a〜21nは、需要機器21a〜21nおよび制御可能需要機器23a〜23nと通信して、これらの機器を制御する。また通信制御部21a〜21nは、需給バランス制御装置からの要求に応じて、需要機器21a〜21nおよび制御可能需要機器23a〜23nの詳細情報を読み出して、送信する。制御可能需要機器の23a〜23nの詳細情報は、後述する制御可能需要情報(図10〜図14参照)を含む。

通信制御部21a〜21nは、需要機器21a〜21nおよび制御可能需要機器23a〜23nによる消費電力を含む需要データを、機器別に取得する。通信制御部21a〜21nは、需要機器21a〜21nおよび制御可能需要機器23a〜23nにより消費された総消費電力を含む需要データを取得してもよい。機器別または機器全体の消費電力の取得は、公知の種々の方法を用いて可能である。たとえば分電盤を利用して取得可能である。また発電機を備える需要家内の通信制御部は、発電機による発電量のデータを取得する。

通信制御部21a〜21nは、需給バランス制御装置50からの要求に応じて、または定期的に、需要量データ、発電量データ、制御可能需要情報を、機器の詳細情報を、需給バランス制御装置50に送信可能である。

図3に需要家N内の具体的な機器構成例を示す。

制御可能需要機器として、エアコン22n(1)および電気自動車22n(2)が設けられている。発電機として、太陽光発電パネル24nが設けられている。需要機器23nはここでは特定の機器に限定されていない。なお需要機器23nは、外部(すなわち制御可能需要制御装置120)から制御が可能でない通常の機器である。

また、分電盤25が設けられ、電力線PLにより、電力系統100による生成電力または電力貯蔵装置130の放電電力を、電力需給制御装置110を介して、受け取る。分電盤25は、受けた電力を、需要家内の電力を消費する各機器22n(1)、22n(2)、23nおよび通信制御部21n等へ分配している。分電盤25は各機器の使用電力を測定し、機器別の測定値(消費電力)または機器全体の消費電力を、通信制御部21nへ通知する。

通信制御部21nは、分電盤25から受けた機器別または機器全体の消費電力を含む需要量データを、情報線CLを介して、需給バランス制御装置に送信する。また通信制御部21nは、各機器22n(1)、22n(2)、23nの詳細情報をこれらの機器から読み出して、情報戦CLを介して、需給バランス制御装置50に送信する。特に制御可能需要機器であるエアコンおよび電気自動車の制御可能需要情報を、制御バランス制御装置50に送信する。また通信制御部21nは、太陽光発電パネル24nによる発電量データを、需給バランス制御装置50に送信する。

以下、需要量データおよび制御可能需要情報の例をいくつか示す。なお需要量データおよび制御可能需要情報の形式は様々であり、以下の例に限定されるものではない。

図4〜図9は、需要量データの例を示す。

図4は、需要量データの第1の例を示す。

この例は、各需要家の需要機器ごとに特定時刻の消費電力を取得する場合の需要量データを示す。なお、タイプの欄に、それぞれの需要の発生確度および信頼度を示している。この信頼度は、後述する信頼度別需要量集計部41(図2参照)と同様の方法で、需要機器が計算した値である。発生確度は、信頼度の大きさに応じて決まるもので、本実施形態では信頼度Iは高確度、信頼度II以下は変動と定めている。信頼度および発生確度の意味は、後に明らかにされる。

図5は、需要量データの第2の例を示す。

この例は、所定時間間隔の消費電力量を取得する場合の需要量データの例を示す。

図6は、需要量データの第3の例を示す。図7は、需要量データの第4の例を示す。

第3および第4の例は、需要家機器の種類に応じてまとまった消費電力、あるいは消費電力量を提示する場合の需要量データを示す。

図8は需要量データの第5の例を示す。図9は需要量データの第6の例を示す。

第5および第6の例は、需要家ごとに総消費電力、あるいは総消費電力量が取得できる場合の需要量データを示す。

図10〜図14は、制御可能需要機器の制御可能需要情報のデータ例を示す。

図10は、制御可能需要情報の第1の例を示す。

需要家の制御可能需要機器ごとに、複数の項目が定義されている。

最大消費電力量は、電力制御されない場合の最大消費電力量であり、最小消費電力量は、電力制御により消費電力が抑制された場合の最小消費電力量である。各制御可能需要機器の最大・最小消費電力量を通知することで、需給バランス制御装置50では、後述するように、制御を行った場合の抑制可能な電力量を正確に見積もることができる。

設定開始時刻と設定終了時刻は、制御可能な時間帯を定義したものである。

また、タイプは、制御可能な形態を示している。本例では、EVに対して、指定時間帯内であれば随時制御可能であり、照明機器であれば、ON/OFFが任意に制御可能であり、エアコンAであれば、内部設定を自由に変更可能である。

図11は、制御可能需要情報の第2の例を示す。

この例は、図10とほぼ同様であるが、最大消費電力量と最小消費電力量が定義されていない点が異なる。

図12は、制御可能需要情報の第3の例を示す。

この例は、指定時間帯内で、特定パターンの電力需要を発生させるタイプの制御可能需要情報である。

例示したケースは、電気自動車への充電を行う際に、7ステップからなる特定パターンの充電を発生させる需要を示し、各ステップの開始タイミングを任意に制御できる。指定された時間帯の間に、この7つのステップが終了していればよく、電力供給状態に応じて各ステップの開始時刻が制御されることができる。

図13は、制御可能需要情報の第4の例を示す。

この例は、設定終了時刻の時点での需要家機器の状態が条件として指定されるタイプの制御可能需要情報である。例示したデータでは、電池のSOC(State Of Charge:充電状態)が、所定状態となるように条件が与えられている。

図14は、制御可能需要情報の第5の例を示す。

この例は、需要家がビルなどであり、独自のエネルギーマネジメントシステムを有する場合、制御可能需要を電力供給調整余力として通知するタイプの制御需要可能情報を示す。

指定した時間内で、任意の時間であれば供給がゼロでもビルの中のエネルギーマネジメントシステムや蓄電池などを活用して電力運用が可能なケースや、常時特定の電力が削減可能なケース、今後発生する予定の電力のうち削減してもよい割合を指定するケースなどが示されている。

電力需要量・発電量収集制御部(以下、収集制御部)3は、需要家A〜Nから需要量データおよび発電量データを、情報線CLを介して取得(収集)する。また収集制御部3は、需要家A〜Nから制御可能需要情報を収集する。収集は、供給計画立案部1が、所定間隔(たとえばTs分間隔)または所定のタイミングで発行するデータ収集要求に応じて、行われる。なお以降の説明では、特に断りのない限り、簡単のため、需要家A〜Nからの需要量データには、機器別の電力需要量が含まれるとする。また需要家からの発電量データには、発電機別の発電量が含まれるとする。

電力需要・発電履歴格納部(以下、履歴格納部)4は、収集制御部3によって収集されたデータ(需要量データ、発電量データ)の履歴を格納する。すなわち履歴格納部4は、過去に収集されたデータも記憶および保持する。履歴格納部4は、各需要家かつ機器ごとに過去に収集した需要量データおよび発電量データと、新しく入力された需要量データと発電量データとを整理して記憶する。また履歴格納部は、需要家内の制御可能需要機器毎に、制御可能需要情報を記憶する。履歴格納部4は、第1記憶部および第2記憶部に対応する。

変動需要および発電量予測・信頼値算出部(以下、需要&予測・信頼値算出部)5は、履歴格納部4の履歴を用いて、需要家毎に、需要機器別の需要量および発電機別の発電量を予測して、需要予測量および発電予測量を得る。また需要予測量および発電予測量のそれぞれの信頼値を算出する。需要&予測・信頼値算出部(第1予測部、第1信頼値算出部)5は、需要予測量および発電予測量の値を、履歴格納部4に格納する。

需要量の予測は、今後ΔT時間ごとに区分される区間群の現在の区間kの次区間k+1、必要に応じてさらにそれ以降の区間に対して行う。つまり、現在の時間区間に対し、過去の複数の時間区間の需要量から次の区間の需要量を予測する。逆に言えば、現在の区間では、並行して、現在より前の区間で決定された計画(需給制御)が実行されている。区間k+1は、計画を立案する対象となる所定期間に対応する。

予測方法を具体的に説明する。ある時間区間において、過去の複数個の時間区間の需要量から、当該ある時間区間の次の区間の需要量を予測する予測モデルを構築する。そして、この予測モデルと、現在の区間kに対する過去の複数個の時間区間の需要量から、次の区間k+1の需要量を予測する。区間が進むごとに需要量の予測を行う様子を図15に模式的に示す(図に記載された「予測差分」は後述する)。過去の値から将来の値を予測するモデルは数多く知られており、どのようなモデルを用いてもかまわない。以下、線形回帰を用いる場合の簡単な例を示す。

複数個の区間h-1, 区間h-2, 区間h-3,・・・, 区間h-sの需要量(実績)を表す変数変数Xh-1, 変数Xh-2, 変数Xh-3、・・・、変数Xh-sと、各変数の係数Ah-1, 係数Ah-2, 係数Ah-3、・・・、係数Ah-sとの線形結合と、定数項A0との和により、区間h+1の需要量を予測する回帰モデルを定義する。ここで区間h-xは、区間hのx個だけ前の区間を意味する。この回帰モデルの係数および定数項は最小二乗法で求めればよい。この回帰モデルを用いることで、区間k-1,k-2,k-3,・・・, k-sの需要量から、区間k+1の需要量を予測する。区間k-xは、区間kのx個だけ前の区間(すなわち現在の区間kのxだけ前の区間)を意味する。上記回帰モデルに残差項を追加してもよい。各区間の長さは同じΔTである。上記と同様にして、現在の区間kより前の過去の複数個の区間の需要量(実績)から区間k+2および区間k+3といった、区間k+1よりさらに先の区間の需要量を予測する任意の予測モデルを構築することも可能である。本実施形態では、区間k+1、区間k+2、区間k+3の需要予測量を求めたとする。

区間k+1は、第1の時間区間に対応し、区間k+1、区間k+2、区間k+3を含む複数の時間区間は、第2の時間区間に対応する。

回帰モデルを利用する以外にも、たとえば決定木等の分類器を用いて予測を行うことも可能である。この場合、需要量を離散化した上、複数個の区間h-1, 区間h-2, 区間h-3,・・・, 区間h-sから、区間h+1の需要量を求める分類器を作成すればよい。離散化の幅が小さいほど、より粒度の高い予測が可能である。なおこのような分類器の作成方法は周知であるため、これ以上の説明は省略する。

発電予測量も、需要予測量と全く同様にして計算できるため、その詳細な説明は省略する。参考のため、区間が進むごとに発電量の予測を行う様子を図16に示す。

需要予測量の信頼値の計算方法は、過去における予測値(すなわち過去に予測された需要予測量)と、過去における需要量の値(すなわち実績値)との差分を利用して求めることができる。ここで、本例のように区間k+1, 区間k+2, 区間k+3のように複数の区間に対する予測を行う場合は、同一区間に対し複数の過去の予測値が存在する。たとえばある区間hの予測値は、現在区間がh−3,h−2,h−1のときのそれぞれで計3回計算され、従って3個存在する。この場合、3つの予測値の平均、あるいはいずれか任意の1つを、採用すればよい。

図17は、需要予測量の信頼値を計算方法を説明するための図である。

需要家毎に、現在の区間kより前の過去の複数の区間のそれぞれに対し、実績値および予測値を用いて、予測値に対する実績値のずれ量(予測差分)を求める(図15および図16参照)。複数の過去の区間群は、たとえば現在の区間kの1つ前の区間から所定数の連続する区間である。

このように過去の区間群毎に予測差分を求めたら、当該予測差分の頻度分布を、図示のように作成する。この頻度分布から、予測差分の分散値あるいは標準偏差を計算する。計算された分散値または標準偏差を用いて、予測の信頼値を求める。

予測の信頼値は、分散値または標準偏差が小さいほど、信頼値が高くなるような計算式を用いる。たとえば分散値を用いて、以下の式で信頼値を求めることができる。Wは任意の定数である。区間k+1、区間k+2、区間k+3のすべてに対して信頼値は同じとなる。

信頼値 R=log10(W/分散値) ・・・式(1)

また、過去の区間で求めた信頼値も利用して、以下の式(2)ように、信頼値を求めてもよい。

信頼値:Rs= a1×R(k)+a2×R(k−1)+a3×R(k−2)・・・式(2)

R(k):現在区間(区間k)で計算された信頼値(すなわち現在求めた信頼値)
R(k−1):区間k−1で計算された信頼値(すなわち1区間前に求めた信頼値)
R(k−2):区間k−2で計算された信頼値(すなわち2区間前に求めた信頼値)
a1,a2,a3:任意の係数 (a1>a2>a3の関係があってもよい)

信頼値の高い需要量は、その需要量もしくはそれに近い需要量が、高い確率での発生が見込まれ発生確度が高いといえる。一方、信頼値の低い需要量は、その需要量もしくはそれに近い需要量での発生が見込まれ発生確度が高くなく、大きな変動の可能性があるといえる。

上記では需要予測量の信頼値の計算方法を示したが、発電予測量の信頼値の計算もまったく同様にして行うことができる。したがって、その詳細な説明は省略する。

需要&予測・信頼値算出部5は、需要家毎の需要予測量とその信頼値を供給計画立案部1の信頼度別需要量集計部41に送る。

また、需要&予測・信頼値算出部5は、需要家毎の発電予測量とその信頼値を、供給計画立案部1の信頼度別供給・発電集計部43に送る。

制御可能需要情報取得部8は、供給計画立案部1からの要求に応じて、履歴格納部4から需要家毎の各制御可能需要機器の制御可能需要情報を取得し、供給計画立案部1の制御可能需要情報収集部46に送る。

電力供給量入力部9は、電力系統100に対し、電力供給量データの送信を要求し、電力系統100から電力供給量データを受信する。電力供給量入力部9は、電力系統100への当該要求を、供給計画立案部1が、所定の間隔(たとえばTs分間隔)または所定のタイミングで発行する要求に応答して、行う。電力供給量入力部9は、受信した電力供給量データを、変動供給量算出部10と確定供給量算出部11に送る。

確定供給量算出部11は、受け取った電力供給量データから、電力の供給が安定している発電手段(高確度)の供給電力量を抽出する。電力系統100における複数の発電手段のうちいずれが、電力の供給に対して安定しているかは、事前に定まっているとする。本例では、原子力発電等の発電手段(高確度発電手段)の電力供給が安定しているとする。確定供給量算出部11は、抽出した供給電力量と、発電手段の識別ラベル(ここでは原子力発電等の識別ラベル)とをセットとして、供給計画立案部1の信頼度別供給・発電集計部43に送る。電力供給量データには、少なくとも区間k+1,区間k+2,区間k+3までの高確度発電手段の電力供給量が含まれている。

変動供給量算出部10は、受け取った電力供給量データから、電力の供給が安定していない(すなわち大きく変動する可能性がある)発電手段の供給電力量を抽出する。本実施形態では、火力発電、風量発電、太陽光発電等の発電手段(変動発電手段)の供給可能電力量を抽出する。変動供給量算出部10は、抽出した発電手段別の供給可能電力量を、発電手段毎の識別ラベルと関連づけて、供給予測・信頼値算出部(第2予測部、第2信頼値算出部)16に送る。本例では、変動発電手段の電力供給量として、現時点における電量供給量が、電力供給量データに含まれているとする。

履歴格納部17は、変動供給量算出部10によって抽出された変動発電手段毎の供給電力量の履歴を格納する。なお履歴格納部17は、確定供給量算出部11によって抽出された高確度発電手段の供給電力量の履歴を格納してもよい。履歴格納部17は、第3記憶部および第4記憶部に対応する。

供給予測・信頼値算出部(第2予測部、第2信頼値算出部)16は、履歴格納部17の履歴を用いて、変動発電手段毎の供給量を予測して、供給予測量を得る。また供給予測量の信頼値を算出する。供給量の予測は、前述した需要量の予測と同様にして、過去の供給量から回帰分析等により行えばよい。これにより、区間k+1、区間k+2、区間k+3に対する供給予測量を計算する。また信頼値の計算も、需要量の信頼値と同様に、実績値と予測値とのずれ量に基づき、計算する。

供給予測・信頼値算出部16は、計算したこれらの供給予測量および信頼値を、供給計画立案部1における信頼度別供給・発電集計部43に送る。また、供給予測・信頼値算出部16は、計算したこれらの供給予測量および信頼値を、履歴格納部17に格納する。

ここで、上記の例では高確度発電手段について、必要な区間(本例では区間k+1、区間k+2、区間k+3)の供給予測量が電力供給量データに含まれていたが、必要な区間の一部または全部含まれていない場合も考えられる。この場合は、変動発電手段と同様にして、高確度発電手段についても、供給量の予測および信頼値の計算を行えばよい。

図2に示す供給計画立案部1は、信頼度別需要量集計部41、信頼度別供給・発電集計部43、需給バランス部50(I)〜50(N)、需給バランス調整部44、計画立案部45、制御可能需要情報収集部46および制御可能需要信頼度算出部47を備える。供給計画立案部1は、たとえばCPUにより構成されることができる。

信頼度別需要量集計部41は、需要家毎かつ機器毎の需要予測量を、各々の信頼値に応じて複数のグループに分類する。複数のグループは、信頼度Iのグループ、信頼度IIのグループ、・・・、信頼度N(NはII以上の整数)のグループを含む。信頼度I、II、・・・、Nの順で、信頼度が高い。

信頼度I〜Nのグループへの分類は、上記式(1)により信頼値Rsを計算する場合は、以下の基準で行うことが可能である。ただし、以下の基準は、N=3の場合を示している。つまり、信頼値Rsが取り得る値を、複数の範囲(100<Rs、10<Rs≦100、Rs≦10)に分割され、信頼値がどの範囲に含まれるかで、機器の属するグループが決まる。

信頼度Iグループ: 100<Rs
信頼度IIグループ: 10<Rs≦100
信頼度IIIグループ: Rs≦10

信頼度別需要量集計部41は、信頼度グループごとに、分類された需要予測量を合計する。これにより信頼度グループ毎に、合計需要予測量が得られる。より詳細には、信頼度グループ毎に、区間k+1、区間k+2、区間k+3の各区間のそれぞれに対する合計需要予測量が得られる。

信頼度別需要量集計部41は、信頼度Iのグループに対して計算された合計需要予測量を、信頼度Iの需給バランス部51(I)に送る。

同様にして、信頼度別需要量集計部41は、信頼度II〜Nのグループに対して計算された合計需要予測量を、それぞれ信頼度II〜Nの需給バランス部51(II)〜51(N)に送る。

信頼度別供給・発電量集計部43は、需要&予測・信頼値算出部5から受けた需要家毎の発電予測量を、それぞれの信頼値に応じて、信頼度I〜Nのグループに分類する。

また信頼度別供給・発電集計部43は、供給予測・信頼値算出部16から受けた発電手段(変動発電手段)別の供給予測量を、それぞれの信頼値に応じて、信頼度I〜Nのグループに分類する。

また信頼度別供給・発電量集計部43は、確定供給量算出部11から受けた発電手段(高確度発電手段)別の供給予測量を、信頼度Iのグループに分類する。

信頼度別供給・発電量集計部43は、信頼度のグループごとに、発電予測量および供給予測量の合計する。これにより信頼度のグループ毎に、区間k+1、区間k+2、区間k+3の各区間のそれぞれに対する供給・発電予測合計量が得られる。

信頼度別供給・発電量集計部43は、信頼度Iのグループに対して計算された供給・発電予測合計量を、信頼度Iの需給バランス部51(I)に送る。

同様にして、信頼度別供給・発電量集計部43は、信頼度II〜Nのグループに対して計算された供給・発電予測合計量を、それぞれ信頼度II〜Nの需給バランス部51(II)〜51(N)に送る。

図18(A)〜図18(B)を用いて、需給バランス部50(I)〜50(N)の動作を説明する。図18(A)は信頼度Iの需給バランス部50(I)の動作を示す。図18(B)は信頼度IIの需給バランス部50(II)の動作を示す。図18(C)は信頼度Nの需給バランス部50(N)の動作を示す。

図18(A)において、信頼度Iの需給バランス部50(I)では、区間k+1, 区間k+2および区間k+3ごとに(すなわちΔT区間ごとに)、供給・発電予測合計量と需要予測合計量との差分(需給差)、区間k+1,区間k+2および区間k+3ごとに算出される。

Dif1(k+1)、Dif1(k+2)、Dif1(k+3)は、それぞれ区間k+1、区間k+2、区間k+3における需給差を示す。

前述したとおり、区間k+1は、計画を立てる対象となる区間である。区間k+2は、区間k+1の時間的に次の区間(ΔTだけ進んだ区間)であり、区間k+3は、区間k+2の次の区間である。

同様に、図18(B)に示すように、信頼度IIの需給バランス部50(II)でも、区間k+1, 区間k+2および区間k+3ごとに(すなわちΔT区間ごとに)、供給・発電予測合計量と需要予測合計量との差分(需給差)が、区間毎に算出される。Dif2(k+1)、Dif2(k+2)、Dif2(k+3)は、それぞれ区間k+1、区間k+2、区間k+3における需給差を示す。

また同様に、図18(C)に示すように、信頼度Nの需給バランス部50(N)でも、区間k+1、区間k+2、区間k+3ごとに(すなわちΔT区間ごとに)、供給・発電予測合計量と需要予測合計量との差分(需給差)が、区間毎に算出される。DifN(k+1)、DifN(k+2)、DifN(k+3)は、それぞれ区間k+1、区間k+2、区間k+3における需給差を示す。

信頼度Iの需給バランス部50(I)は、信頼度Iの需給差Dif1(k+1)、Dif1(k+2)、Dif1(k+3)を、需給バランス調整部44に送る。

同様に、信頼度II〜Nの需給バランス部50(II)〜50(N)は、信頼度IIの需給差Dif2(k+1)、Dif2(k+2)、Dif2(k+3)〜信頼度Nの需給差DifN(k+1)、DifN(k+2)、DifN(k+3)を、需給バランス調整部44に送る。

需給バランス調整部44は、需給バランス部50(I)〜50(N)のそれぞれから受けた区間k+1、区間k+2、区間k+3の需給差に基づき、短期需給余裕度Msおよび長期需給余裕度Mlを計算する。短期需給余裕度Msおよび長期需給余裕度Mlの計算式の例を以下に示す。短期需給余裕度Msは第1の需給余裕度に対応し、長期需給余裕度Mlは第2需給余裕度に対応する。

短期需給余裕度:
Ms=α1×Dif1(k+1)+α2×Dif2(k+1)+・・・+αN×DifN(k+1)
・・・式(2)

長期需給余裕度:
Ml=α1×Dif1(k+1)+α2×Dif2(k+1)+・・・+αN×DifN(k+1)+
β1×Dif1(k+2)+β2×Dif2(k+2)+・・・+βn×DifN(k+2)+
γ1×Dif1(k+3)+γ2×Dif2(k+3)+・・・+γn×DifN(k+3)
・・・式(3)

α1、α2、・・・、αNは、それぞれ信頼度I、II、・・・、Nに応じて決定される係数(重み)である。α1>α2>・・・>αNの関係がある。

β1、β2、・・・、βNは、それぞれ信頼度I、II、・・・、Nに応じて決定される係数(重み)である。β1>β2>・・・>βNの関係がある。

γ1、γ2、・・・、γNは、それぞれ信頼度に応じて決定される係数(重み)である。γ1>γ2>・・・>γNの関係がある。

係数の大小関係から分かるように、信頼度が高いグループほど、より大きい重みが決定される。すなわち、大きな信頼値に対応する範囲ほど、より大きい重みが決定される。

ここでは長期需要余裕度を区間k+3までのデータを利用して求めたが、区間k+4以降のさらに先の区間までのデータを用いて長期需要余裕度を求めることも可能である。

式(2)は、区間k+1について、需要予測量と信頼度に応じた重みとの重み付け合計(第1重み付け合計)と、供給予測量と信頼度に応じた重みとの重み付け合計(第2重み付け合計)と、発電予測量と信頼度に応じた重み付け合計(第3重み付け合計)とを用い、第2および第3重み付け合計の総和から、第1重み付け合計を減算する計算に等しい。

式(3)は、式(2)と同様に、区間k+1、区間k+2、区間k+3のそれぞれについて、第2および第3重み付け合計の総和から、第1重み付け合計を減算し、区間毎の減算値を合計する計算に等しい。

本実施形態では信頼値が含まれる範囲に応じて、グループおよび信頼度を判定し、信頼度に応じた重みを用いたが、このような判定を行うことなく、信頼値から直接、重みを決定するようにしてもよい。たとえば信頼値が大きいほど、大きい重みを決定するようにする(なお、信頼値をそのまま重みとして用いることも可能である)。この場合、信頼値が含まれる範囲の判断、ならびに、グループおよび信頼度の判定は必要はない。

需給バランス調整部44は、計算した短期需給余裕度Msおよび長期需給余裕度Mlを計画立案部45に送る。また需給バランス調整部44は、信頼度I〜Nのそれぞれについて計算された、区間k+1、区間k+2、区間k+3の需給差を、計画立案部45に送る。

制御可能需要情報収集部46は、制御可能需要情報取得部8から各制御可能需要情報を取得し、取得した情報を、計画立案部45による処理に適した形にして、計画立案部45に送る。

計画立案部45は、需給バランス調整部44から受けた短期需給余裕度Msおよび長期需給余裕度Mlと、制御可能需要情報収集部46から受けた制御可能需要情報と、電力貯蔵装置130の残存電力量に基づき、需給制御計画を立案する。電力貯蔵装置130の残存電力量は、例えば電力貯蔵装置に記録された値を読み出すことで取得する。

まず、計画立案部45は、短期需給余裕度Msおよび長期需給余裕度Mlに基づき、需給制御の方針を決定する。これは、たとえば図19の制御可能需要発生・停止判断テーブルに基づいて行う。

図19のテーブルでは、短期需給余裕度Msと、−(マイナス)X1、X2との大小関係、および長期需給余裕度Mlと、−(マイナス)Y1、Y2との大小関係に応じて、方針を決定する。X1,X2,Y1,Y2はいずれも正の定数(閾値)である。

短期需要余裕度Msが−X1未満(すなわち短期の供給・発電量が大きく不足)であり、長期需要余裕度Mlが−Y1未満(すなわち長期の供給・発電量が大きく不足)であれば、SSLS方針を決定する。SSLS方針は、制御可能需要機器の需要量を抑制もしくは停止し、電力系統に電力を追加要求する。

短期需要余裕度Msが−X1未満であり、長期需要余裕度Mlが−Y1以上であれば、SS方針を決定する。SS方針は、制御可能需要機器の需要量を抑制もしくは停止し、電力貯蔵装置の残量に応じて(たとえば一定値以下のとき)、電力系統に電力を追加要求する。

短期需要余裕度Msが−X1以上であり、長期需要余裕度Mlが−Y1未満のときは、LS方針を決定する。LS方針は、制御可能需要機器の需要量を抑制もしくは停止し、電力貯蔵装置の残量に応じて(たとえばSS方針のときよりも大きな値の一定値以下のとき)、電力系統に電力を追加要求する。

短期需要余裕度Msが−X1以上X2未満であり、長期需要余裕度Mlが−Y1以上Y2未満のときは、LMSM方針を決定する。LMSM方針は、何も行わないことを意味する。この場合、制御可能需要機器は、ユーザにより任意に指定されたように動作する。

短期需要余裕度MsがX2以上であり、長期需要余裕度Mlが−Y1以上Y2未満のときは、SL方針を決定する。SL方針は、電力貯蔵装置に対する蓄電を決定する。すなわち区間k+1で電力があまる可能性が高いため、余った電力を蓄積するための一定の空き容量があるかを確認することを決定し、一定の空き容量が閾値未満のときは、供給停止指示を電力系統100に送ることもあり得る。

短期需要余裕度Msが−X1以上であり、長期需要余裕度MlがY2以上のときは、LL方針を決定する。LL方針は、制御可能需要機器に対する電力需要を発生もしくは上昇(たとえばEVの充電)させる。

本実施形態では短期需要余裕度Msおよび長期需要余裕度Mlの両方を用いて方針を決定しているが、いずれか一方のみに基づいて、方針を決定することも可能である。

計画立案部45は、上記のように決定した方針に基づき、各需要家の制御可能需要機器、電力貯蔵装置130および電力系統100に対する計画を立案する。これは、各需要家から収集された制御可能需要機器の制御可能需要情報、短期需要余裕度および長期需要余裕度の値、電力蓄積手段の残存量等に基づいて行う。ここでは短期需要余裕度および長期需要余裕度を両方用いる場合を示すが、いずれか一方のみを用いることも可能である。

計画は、基本的には、調整後の短期需要余裕度Msおよび長期需要余裕度Mlを、所望の範囲に収めるように立案する。調整後の短期需要余裕度および長期需要余裕度は、制御可能需要機器ごとに調整される制御量に基づき、式(2)および式(3)の右辺に対し、減算または加算を行えばよい(制御が需要量削減のときは削減量の大きさを加算、制御が需要量増大のときは増大量の大きさを減算)。電力の追加要求を行うときは、追加要求する電力量を、式(2)および式(3)の右辺に加算すればよい。電力貯蔵装置130から放電を行う場合は、放電量を式(2)および式(3)の右辺に加算すればよい。

上記の所望の範囲は、任意でよい。たとえば短期需要余裕度Msに対しては−X1以上X2未満、長期需要余裕度Mlに対しては−Y1以上Y2未満があり得る。または、短期需要余裕度Msに対しては、所定値(たとえば−X1とX2の中間値)に対して一定の範囲、長期需要余裕度Mlに対しては、所定値(たとえば−Y1とY2の中間値)に対して一定の範囲でもよい。また所望の範囲は、当該所定値そのものであってもよい。この場合、短期需要余裕度Msおよび長期需要余裕度Mlを、当該所定値に近づけるように計画する。

具体的な計画として、制御可能需要機器の需要量を抑制もしくは停止を含む方針が選択されたときは、制御可能需要機器の需要量を制御する。この際、すべての制御可能需要機器に対して最大限の制御(最も消費電力を低減する制御)を行っても、短期需要余裕度および長期需要余裕度が、所望の範囲に収まらない場合は、電力貯蔵装置の残存電力量を充てることを決定し、または電力系統への電力の追加要求してもよい。また、電力貯蔵装置の残存容量が一定値を下回れば、電力系統への電力の追加要求してもよい。

すべての制御可能需要機器に対して最大限の制御を行わなくても、短期需要余裕度および長期需要余裕度を所望の範囲に収まらせることが可能な場合は、一部の制御可能需要機器の制御のみ最大限の制御を行っても良い。この場合、どの制御需要可能機器から制御を始めるかは、事前に定めた優先順位に従ってもよいし、ランダムでもよい。または高い信頼度Iのグループ順に、当該グループに属する制御可能需要機器から行ってもよい。

あるいは、すべての制御可能需要機器に対して最大限の制御を行わなくても、短期需要余裕度および長期需要余裕度が所望の範囲に収まる場合は、すべての個々の制御可能需要機器に対してそれぞれ少しずつ、消費電力を低減する制御を行っても良い。

また、制御可能需要機器に対する電力需要を発生もしくは上昇させることを含む方針が選択されたときは、短期需要余裕度および長期需要余裕度が所望の範囲に収まらせることが可能な限り、制御可能需要機器に対する需要を増加させる(たとえば夏場にエアコン温度を下げるなど)。この場合、どの制御需要可能機器から制御を始めるかは、事前に定めた優先順位に従ってもよいし、ランダムでもよい。

計画立案部45は、立案した計画に示される需要家毎の制御可能需要機器の制御内容を制御可能需要制御装置120に送る。また立案した計画が電力系統100への追加電力要求を含むときは、電力系統100に対して、電力供給入力部9を介して追加電力要求を送る。また立案した計画が電力貯蔵装置130からの電力補充を示すときは、計画に示される量の電力の放電を、電力貯蔵装置130に指示する。

制御可能需要制御装置120は、計画立案部45から受けた制御内容のデータを内部に記憶する。制御可能需要制御装置120は、制御内容データに基づいて、需要家毎の制御可能需要機器を制御する。

図20に、各需要家に対して立案された供給計画の一例を示す。この供給計画は、10:50〜14:00までの計画を示す。需要家N内には、4つの制御可能需要機器(エアコンA、照明(部屋A)、EV、照明)が存在する。エアコンAが、12:00まで、+2℃だけ上昇させ(電力消費の抑制)、12:00より後は、この制御を解除する。また照明(部屋A)は14:00まで、停止させられる(需要量の停止)。EVは、12:00までは充電の電力供給が停止され、12:00より後は、この停止制御が解除される。照明は、特に需要量の制御はなされない。図における「消費電力」は、本装置で予測した需要量の値である。

ここで、供給計画を立てる際に、「制御可能需要の信頼度」を利用して、さらに計画の信頼性を高める場合を示す。すなわち、計画立案部45は、制御可能需要の信頼度を利用して、制御可能需要量(削減可能な需要量)をより正確に見積もることで、計画の精度を高める。

制御可能需要の信頼度は、過去の需要制御によって期待される需要量(すなわち制御可能需要機器に対する過去の需要予測量に対し、そのとき決定された+または−の制御量(調整量)を加算した量)と、実際に制御可能需要機器によって消費された電力量との差に応じて計算する。

差の大きさが閾値A未満であれば、当該制御可能需要機器の申告(すなわち当該制御可能需要情報の内容)が信頼が置けるものと判断し、最も高い信頼度Iを、当該制御可能需要機器に付与する。同様にして、差の大きさが閾値A以上閾値B未満であれば、信頼度IIを付与し、閾値B以上閾値C以下であれば、信頼度IIIを付与する。IV以上の信頼度が存在する場合も、同様にして行う。

ここで、制御可能需要の信頼度の計算は、制御可能需要量信頼度算出部(以下、信頼度算出部)47で行う。信頼度算出部47は、制御可能需要機器の過去の予測量および実績値を、履歴格納部4から読み出し、また過去の制御量を制御可能需要制御装置120から取得する。信頼度算出部47は、過去の予測量に過去の制御量を加えた値と、実績値との差分を計算する。信頼度算出部47は、計算した差分と、上記の閾値A,B,C等を用いて、制御可能需要の信頼度を計算する。差分の計算は、1つ前の区間のみでもよい。あるいはさらに前の区間を含む複数の区間に対して行っても良い。後者の場合は、区間毎に得られた差分の平均値を用いればよい。

計画立案部45は、短期需要余裕度および長期需要余裕度が各々の所望の範囲に収まるように、制御可能需要機器に対する制御内容を決定する。この際、本例では、制御可能需要の信頼度を利用する。これにより、制御可能な量をより正確に見積もる。

具体的に、信頼度毎に設定した係数(重み)を、決定した制御量に乗じて得られる量を、実際に調整(削減または増大)される制御量として見積もる。係数(重み)は、信頼度Iに対してはλ1、信頼度IIに対してはλ2、・・・、信頼度Nに対してはλnとする。λ1、λ2、・・・、λnは、式(2)のα1、α2,・・・、αnと同じでもよいし異なってもよい。

たとえば、ある制御可能需要機器の信頼度がIであるとする。また当該制御可能需要機器の制御可能需要情報から、当該機器の電源オフにより、削減可能な電力量が10と得られたとする。この場合、当該10に係数を乗じた値の量を、削減可能な量と見積もる。

調整後の短期需要余裕度は、このようにして係数が乗じられた削減可能な量の大きさを、短期需要余裕度の計算式(2)の右辺に加算することで計算する。調整が需要量の増大の場合は、右辺から、係数が乗じられた増大量を、減算することで、調整後の短期需要余裕度を計算できる。長期需要余裕度の計算の場合も同様にして行う。

図21は、図1に示す需給バランス制御装置による動作の流れを示すフローチャートである。

まず、計画立案部45のデータ取得計画により、区間k+1に対する需給バランス制御のための処理が開始される(ST1)。

各需要家から順番に、収集制御部3により、区間k−1の実績データ(需要量データおよび発電量データ)の収集が行われる(ST2〜ST5)。各区間の幅はΔTである。また制御可能需要機器の制御可能需要情報の収集も行う。制御可能需要情報の収集は、毎回行ってもよいし、所定数の時間区間ごとに行ってもよい。収集は、収集制御部3が、供給計画立案部1からの要求に応じて行う。ここでは、収集制御部3は、供給計画立案部1からの時間間隔Ts毎の要求に応じて、需要家毎にサンプリング間隔Tsで収集を行う。本例では簡単のため、Ts=ΔTとする。

サンプリングの様子を図22に示す。本例では、各需要家から順番にデータ収集を行っている様子が示される。参照符号TMは、データ取得タイミングを示している。

なお、図21では、需要家1からは、区間k−1の実績データ(区間k−1で需要家で消費された電力量)を、区間k−1の終了前に取得しているが、これは特に問題ではない。たとえば需要量データの形式が、電力(単位時間当たりの消費電力量)であるときは、当該区間における収集時点での平均電力値を用いればよい。また、収集する需要量データの形式が電力量の場合は、当該区間における収集時における平均電力値に、当該区間の長さ(ΔT)を乗じればよい。なお、需要家毎のデータの収集は、現在の区間(区間k)の開始から行ってもよい。

図22の例では、各需要家から順番にデータ収集を行っているが、各需要家からの同時のデータ収集が可能であれば、それでも構わない。

ここで、データの収集は、現在の区間kの開始から、所定時間Tc以内に行う(ST3)。所定時間としては、データ収集後における計画立案に要する時間を考慮して、たとえば、ΔT/2以下の値となることが好ましい。

区間kの開始から所定時間Tcが経過するまで、各需要家の実績データを順次、収集していく(ST3のYES、ST4,ST5)。収集されたデータは履歴格納部4に格納する。区間kの開始から所定時間Tc以内にすべての需要家からのデータ収集が完了したときは(ST3のNO、ST4のYES)、ステップST6に進む。

一方、各需要家のすべてからのデータ収集が完了する前に所定時間が経過したときは(ST3のYES)、収集していない需要家については、さらに1つ前の区間(k-2区間)までで収集された実績データ(履歴格納部4に格納済みの需要データ)を用いることを決定する(ST11)。ステップST6に進む。

需要家からのデータ収集とは別に、電力系統100に電力供給量データを要求する(ST8)。電力供給量データの要求は、たとえばサンプリング間隔Tsで行う。収集は、電力供給量入力部9が、供給計画立案部1からの要求に応じて行う。電力供給量データの収集が完了したら(ST7のYES)、ステップST6に進む。

ステップST6では、需要&予測・信頼値算出部5において、区間k+1、区間k+2、区間k+3の、需要予測量およびその信頼値を、機器(需要機器、制御可能需要機器)毎に、計算する。

また確定供給量算出部11では、電力供給量データから、電力の供給が安定している高確度発電手段の区間k+1、区間k+2、区間k+3における供給電力量を抽出する。

また変動供給量算出部10では、電力供給量データから、電力の供給が安定していない変動発電手段の供給電力量を抽出する。そして、供給予測・信頼値算出部16で、区間k+1,区間k+2、区間k+3の供給予測量および信頼値を計算する。

また、信頼度別需要量集計部41では、機器毎の需要予測量を、その信頼値に応じて複数のグループに分類する。信頼度グループごとに、分類された需要予測量を集計(合計)する。これにより信頼度グループ毎に、区間k+1、区間k+2、区間k+3のそれぞれの合計需要予測量が得られる。信頼度グループ毎に計算された合計需要予測量を、信頼度I〜Nの需給バランス部51(I)〜51(N)のうちそれぞれ該当するものに送る。

また信頼度別供給・発電量集計部43では、需要&予測・信頼値算出部5から受けた需要家毎の発電予測量を、それぞれの信頼値に応じて、信頼度I〜Nのグループに分類する。また供給予測・信頼値算出部16から受けた発電手段(変動発電手段)別の供給予測量を、それぞれの信頼値に応じて、信頼度I〜Nのグループに分類する。また確定供給量算出部11から受けた発電手段(高確度発電手段)別の供給予定量を、信頼度Iのグループに分類する。そして、信頼度のグループごとに、発電予測量および供給予測量を集計(合計)する。これにより信頼度のグループ毎に、区間k+1、区間k+2、区間k+3の供給・発電予測合計量を得る。

信頼度別供給・発電量集計部43は、信頼度Iのグループに対して計算された供給・発電予測合計量を、信頼度Iの需給バランス部51(I)に送る。同様にして、信頼度別供給・発電量集計部43、信頼度II〜Nのグループに対して計算された供給・発電予測合計量を、それぞれ信頼度II〜Nの需給バランス部51(II)〜51(N)に送る。

次に、ステップST9では、需給バランス部51(I)〜51(N)において、それぞれ需給バランス状態を見積もる。具体的に、区間ごとに供給・発電予測合計量と需要予測合計量との差分(需給差)が算出される。たとえば区間k+1の需給差、区間k+2の需給差、区間k+3の需給差が計算される。需給バランス部51(I)〜51(N)のそれぞれにおいて計算された、区間毎の需給差が、需給バランス調整部44に送られる。

次にステップS10では、需給バランス調整部44において、前述した式(2)および式(3)に基づき、短期需要余裕度Ms、および長期需要余裕度Mlを計算する。

また、計画立案部45では、短期需要余裕度Msおよび長期需要余裕度Mlの値に基づき、需要家毎の制御可能需要機器、電力系統100、電力貯蔵装置130に対する、需給制御の方針を決定する。そして、決定した方針に応じて、計画を立案し、立案した計画に基づき制御を行う。

たとえば制御可能需要制御装置120に、対象となる制御可能需要機器の制御需要可能の制御を指示し(ST12)、電力需給制御装置110へ各需要家への電力供給を指示し(ST13)、電力貯蔵装置130に充放電を指示したりする(ST14)。また必要に応じて、電力系統100に追加電力の要求を行う。

ここで本実施形態に対する理解を深めるため、図3に示した需要家N内の機器構成において、需要家Nの視点での本実施形態の動作を概略的に説明する。

需要家Nは、あらかじめ、電気自動車22n(2)の蓄電池への充電と、エアコン22n(1)の設定温度を、制御可能として契約をしておく。

ユーザは、エアコン22n(1)と需要家機器23nを使用しながら、太陽光発電パネル24nを有する太陽光発電システムを動作させている。本実施形態の需給バランス制御装置は、この需要家Nの需要量データと発電量データを定期的に取得する。

昼になり、このとき天候は晴れであるとすると、太陽光発電パネル24nの発電量は上昇しているが、この発電量は雲などの影響を受けやすく、信頼度がひくい。

一方で、複数の需要家でのエアコンの消費電力の予測値が、非常に高い信頼度で高まってくると、供給量が不足し、高確度需給バランス部(信頼度Iの需給バランス部)のバランス差分が大きなマイナスとなり、長期需要余裕度Mlがマイナスの状態となる。

ここで、本実施形態の需給バランス制御装置では、契約された制御可能需要の制御を行い、また電力系統側に追加電力を要求する。本例では、電気自動車22n(2)の蓄電池への充電と、エアコン22n(1)の設定温度が制御可能需要として契約されている。そこで、おり、蓄電池に充電が行われている場合にはその充電を停止する。また充電が行われていない場合には、エアコンの設定温度22n(1)を上げることで、電力消費量を抑制する。

夜になり、複数の需要家の需要量データが、高い信頼度で低く抑えられる状態になる。すると、高確度需給バランス部(信頼度Iの需給バランス部)のバランス差分が大きなプラスとなり、長期需要余裕度Mlが大きなプラス値となって、今度は制御可能需要を発生させることが可能となる。

本例の場合、需給バランス制御装置では、電気自動車22n(2)の蓄電池の状態をモニタして、充電可能な状態であれば、制御可能需要の発生を指示して、蓄電池への充電を実行する。

本実施形態では需要機器毎に需要予測量および信頼値を計算したが、需要家毎に需要予測量および信頼値を計算してもよい。この場合、当然ながら、短期需給余裕度および長期需給余裕度の計算の過程では、需要家毎の需要予測量を、それぞれの信頼値(もしくは信頼度)に応じた重みで、重み付け合計することで第1重み付け合計を計算する。

また本実施形態では発電機毎に発電予測量および信頼値を計算したが、需要家毎に発電予測量および信頼値を計算してもよい。この場合、当然ながら、短期需給余裕度および長期需給余裕度の計算の過程は、需要家毎の発電予測量を、それぞれの信頼値(もしくは信頼度)に応じた重みで、重み付け合計することで、第3重み付け合計を計算する。

(第2実施形態)
第2実施形態は、信頼度に応じてデータの収集間隔を変えることを特徴とする。

第1実施形態ではサンプリング間隔Tsが、区間の間隔時間ΔTと同じである場合を示した。

第2実施形態では、需要家群からのデータ収集を行う収集制御部3において、機器毎にデータのサンプリング間隔を変更する。

具体的に、1つ前の区間で行った計画立案において、機器毎に分類された信頼度グループを記憶しておく。そして、今回の区間での計画立案では、前回、信頼度が高いグループに分類された機器ほど、サンプリング間隔を長くし、信頼度が低いグループに分類された機器ほど、サンプリング間隔を短くする。

たとえば図23の上に示すように、信頼度が高い機器(たとえば信頼度Iのグループの機器)は、第1実施形態と同様にサンプリング間隔をTs=ΔTとする。また信頼度が低い機器(たとえば信頼度II、IIIのグループ機器)は、サンプリング間隔Ts’を、ΔTの1/2、1/3とする。図の下では、Δ1/3の例が示されている。信頼度Nのサンプリング間隔Tsは、Ts=ΔT/Nと計算している。サンプリング間隔を狭めたことにより1回のサンプリング収集のための所定時間(図21のフローチャート参照)も、それに応じて小さくしてTc’(<Tc)とする。

なおサンプリングは、図示のように常に一定のサンプリング間隔で行ってもよいし、第1実施形態でも述べたように、現在の区間kの開始から、行ってもよい。現在の区間の開始から行う場合、信頼度の高い機器は、たとえば区間の開始後1回サンプリングし、信頼度の低い機器は、区間の開始後、複数回サンプリングを行う。

このように信頼度に応じてサンプリング間隔を変えてデータ収集を行うと、需給バランス部51(I)、51(II)・・・51(N)でのバランス差分(需給差)の算出は、図24のようになる。

信頼度の低いグループ、たとえば信頼度Nのグループでは、1つの区間内で3回分の需要予測合計量および供給・発電予測合計量が対比され、需給差も1つの区間内で3回得られる(この例ではN=3である)。短期需給余裕度および長期需給余裕度の計算では、3回分の需給差を合計したものを、当該1つの区間で計算される需給差とみなす。このようにすることで、低いグループの信頼度を実質的に高める効果が期待できる。

(第3実施形態)
本実施形態では、信頼度別需要量集計部41において、需要&予測・信頼値算出部5で計算される需要予測量を補正し、補正した需要予測量を用いて、需要予測合計量を計算、さらに需給差の計算を行う。

補正は、補正定数を、需要予測量に加算することで行う。補正定数は、信頼度グループ毎に求められ、同じ信頼度グループに属する需要予測量には、同じ補正定数が加算される。

信頼度sのグループに対する補正定数は以下のようにして計算する。ただし以下の説明では1つの区間(区間k+1)に着目して行う。他の区間(区間k+2,区間k+3)も同様にして行う。

信頼度sのグループに分類された需要予測量の標準偏差を求める(すなわち、信頼値Rsの取り得る値を分割した複数の範囲のそれぞれ毎に、需要予測量の標準偏差を求める)。そして、信頼度sに応じて定まる定数(すなわち範囲に応じて定まる定数)を、標準偏差に乗じ、これにより補正定数を得る。上記複数の範囲は、たとえば第1実施形態と同様、100<Rs、10<Rs≦100、Rs≦10がありえる。

たとえば、高信頼度(信頼度I)グループの場合は、補正定数は、当該高信頼度グループ(100<Rsの範囲)に対して計算された需要予測量の標準偏差に、+1(もしくはそれに近い正の値)を乗じた値とする。

中信頼度(信頼度II)グループの場合は、補正定数は、当該中信頼度グループ(10<Rs≦100の範囲)に対して計算された需要予測量の標準偏差に、0(もしくは0に近い値)を乗じた値とする。

低信頼度(信頼度III)グループの場合は、補正定数は、当該低信頼度グループ(Rs≦10の範囲)に対して計算された需要予測量の標準偏差の値に、-1(もしくはそれに近い負の値)を乗じた値とする。

この例からも理解されるように、“信頼度に応じて定まる定数”は、信頼度が高いほど(信頼度の値が小さいほど)大きくなる値であり、信頼度が低いほど(信頼度の値が大きいほど)小さくなる値である。

信頼度別需要量集計部41では、信頼度グループ毎に求めた補正定数を、需要予測量に加算することで補正需要予測量を計算し、信頼度グループ毎に補正需要予測量の合計をとることで、信頼度グループ毎の需要予測合計量を得る。なお、供給・発電予測合計量の算出方法は第1実施形態と同様である。

信頼度別需要量集計部41は、信頼度グループ毎の需要予測合計量と、信頼度グループ毎の供給・発電予測合計量との差分をとることで、信頼度グループ毎の需給差を計算する。こうして計算した需給差を、本実施形態では、特にみなし需給差と称する。信頼度sに対して求められたみなし需給差はDifs’と記述する。

したがって、本実施形態では、信頼度I、II、・・・Nに対するみなし需給差Dif1’、Dif2’、・・・Difn’を用いて、短期需給余裕度および長期需給余裕度は、以下のように算出される。

短期需給余裕度:Ms=α1×Dif1’(k+1)+α2×Dif2’(k+1)+・・・+αn×Difn’(k+1)
・・・式(2’)

長期需給余裕度:Ml=α1×Dif1’(k+1)+α2×Dif2’(k+1)+・・・+αn×Difn’(k+1)
+β1×Dif1’(k+2)+β2×Dif2’(k+2)+・・・+βn×Difn’(k+2)
+γ1×Dif1’(k+3)+γ2×Dif2’(k+3)+・・・+γn×Difn’(k+3)
・・・式(3’)

図25に本実施形態に係る需給バランス制御装置による全体動作の流れを示す。図21のステップST6の次に、ステップST15が追加されている。ステップST15では、補正定数を求め、補正定数により需要予測量を補正する処理を行う。ステップST15以外のステップは、図21と同様であるため、図21と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図26に、第3実施形態に係る需給差の計算例を示す。

高信頼度(信頼度I)のグループに属する補正需要予測量は、当該グループに対する標準偏差の大きさだけ元の需要予測量より大きくされている(ここでは補正定数=標準偏差×1)。このため、図26(A)のように、信頼度Iの需要予測合計量は、補正を行わない場合に比べて、大きくされている。

また、中信頼度(信頼度II)のグループに属する補正需要予測量は、元の需要予測量と同じ大きさである(ここでは補正定数=標準偏差×0=0)。このため、図26(B)のように、信頼度IIの需要予測合計量は、補正を行わない場合と同じ値である。

また、低信頼度(信頼度III)のグループに属する補正需要予測量は、当該グループに対する標準偏差の大きさだけ元の需要予測量より小さくされている(ここでは補正定数=標準偏差×(−1))。このため、図26(C)のように、信頼度IIIの需要予測合計量は、補正を行わない場合に比べて、小さくされる。

本第3実施形態によれば、第1実施形態の基本的な需給バランス手法と比べ、高信頼度需要容量の実績値が予測値よりも大きくなった場合にも、電力系統に余計な発電要求を行う確率を低減できる。結果として、第1実施形態よりも、高信頼度に対する需給バランスを重視した需給バランス制御を実現し、さらに高信頼度な需要家の予測値の上振れをヘッジする制御が可能になる。

なお以上に説明した図1の需給バランス制御装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウエアとして用いることでも、実現可能である。すなわち、図1の装置が備える各要素、および図2の供給計画立案部が備える各要素は、各々の処理を行う指示を記述したプログラムをコンピュータに実行させることにより実現されてもよい。このとき、需給バランス制御装置は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ハードディスク、メモリ装置、光ディスク等の記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、履歴格納部4、17は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはCD−R、CD−RW、DVD−RAM、DVD−Rなどの記憶媒体などを適宜利用して実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (11)

  1. 所定期間における供給計画を立案する需給バランス制御装置であって、
    需要家内に配置され、電力の消費を外部から制御可能な制御可能需要機器を含む需要機器により消費された電力量である電力需要量のデータを、前記需要家から収集する収集制御部と、
    前記需要家毎に、前記電力需要量の履歴を格納する第1記憶部と、
    前記第1記憶部における前記電力需要量の履歴に基づき、前記所定期間において前記需要家毎に必要とされる電力需要予測量を計算する第1予測部と、
    前記予測部により計算された前記電力需要予測量を格納する第2記憶部と、
    前記第1記憶部における過去の前記電力需要量と、前記過去の電力需要量に対して前記第1予測部により計算された過去の前記電力需要予測量との差分に基づき、前記第1予測部により計算された前記電力需要予測量に対する信頼値を前記需要家毎に算出する第1信頼値算出部と、
    複数の発電手段により電力を生成する電力系統から電力の供給を受ける電力受取部と、
    前記電力受取部へ供給された電力を前記需要家に分配する分配部と、
    前記電力系統から供給される電力供給量のデータを前記電力系統から発電手段別に取得する電力供給量取得部と、
    前記発電手段別の電力供給量の履歴を記憶する第3記憶部と、
    前記第3記憶部に記憶された履歴に基づき、前記発電手段別に前記所定期間において供給されると予測される電力供給予測量を計算する第2予測部と、
    前記第2予測部により計算された電力供給予測量を格納する第4記憶部と、
    前記第3記憶部における過去の前記電力供給量と、前記過去の前記電力供給量に対して前記第2予測部により計算された過去の前記電力供給予測量とのずれ量に基づき、前記第2予測部により予測された電力供給予測量に対する信頼値を前記発電手段毎に算出する第2信頼値算出部と、
    前記第1予測部により計算された前記電力需要予測量を、前記第1信頼値算出部により算出された前記信頼値に応じた重みにより重み付け合計した第1重み付け合計と、前記第2予測部により計算された電力供給予測量を、前記第2信頼値算出部により計算された信頼値に応じた重みにより重み付け合計した第2重み付け合計と、の差分に基づき、需給余裕度を求めるバランス調整部と、
    前記需給余裕度に基づき、前記所定期間における前記需要家内の前記制御可能需要機器の電力使用制御を計画する計画立案部と、
    を備えた需給バランス制御装置。
  2. 前記計画立案部は、前記所定期間における前記需給余裕度が所定の範囲に収まるように、計画を立案する
    ことを特徴とする請求項1に記載の需給バランス制御装置。
  3. 前記電力系統に電力の追加供給を要求する追加要求部をさらに備え、
    前記計画立案部は、さらに前記電力系統に対する電力供給の追加要求制御を計画する
    ことを特徴とする請求項2に記載の需給バランス制御装置。
  4. 前記電力受取部は、前記電力系統から受けた電力を前記電力貯蔵装置に充電可能であり、
    前記分配部は、前記電力を貯蔵する電力貯蔵装置に充電されている電力を前記需要家に分配可能であり、
    前記計画立案部は、さらに、前記電力貯蔵装置の充放電制御を計画する
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の需給バランス制御装置。
  5. 前記収集制御部は、前記需要機器毎に前記電力需要量のデータを収集し、
    前記第1記憶部は、前記電力需要量の履歴を、前記需要機器毎に記憶し、
    前記第1予測部は、前記需要機器毎に必要と予測される電力需要予測量を計算し、
    前記第1信頼値算出部は、前記需要機器毎に前記電力需要予測量に対する信頼値を算出し、
    前記バランス調整部は、前記需要機器毎の前記電力需要予測量を、前記第1信頼値算出部で算出された前記信頼値に応じた重みにより重み付け合計することにより、前記第1重み付け合計を計算する
    ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の需給バランス制御装置。
  6. 前記収集制御部は、前記需要家内の発電機により生成された発電量のデータを収集し、
    前記第1記憶部は、前記需要家毎に、前記発電量の履歴を格納し、
    前記第1予測部は、前記第1記憶部における前記発電量の履歴に基づき、前記需要家毎に発電されると予測される発電予測量を計算し、
    前記第2記憶部は、前記需要家毎の前記発電予測量を記憶し、
    前記第1信頼値算出部は、前記第2記憶部における過去の前記発電予測量と、前記過去の発電予測量に対して前記第1予測部により予測された過去の前記発電量とのずれ量に基づき、前記需要家毎に前記発電予測量に対する信頼値を算出し、
    前記需給余裕度は、
    前記需要家毎の前記発電予測量を、前記第1信頼値算出部で算出された前記信頼値に応じた重みで重み付け合計した第3重み付け合計と、前記第2重み付け合計とを合計した値と、前記第1重み付け合計との差分を示す
    ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の需給バランス制御装置。
  7. 前記第1記憶部は、前記発電量の履歴を、前記発電機毎に記憶し、
    前記第1予測部は、前記発電機毎に発電予測量を計算し、
    前記第1信頼値算出部は、前記発電機毎に前記発電予測量に対する信頼値を算出し、
    前記バランス調整部は、前記発電機毎の前記発電予測量を、前記第1信頼値算出部により算出された前記信頼値に応じた重みで重み付け合計することにより、前記第3重み付け合計を計算する
    ことを特徴とする請求項6に記載の需給バランス制御装置。
  8. 前記バランス調整部は、
    前記所定期間としての第1の時間区間と、
    前記所定期間と、前記所定期間の後の1つ以上の期間とを含む第2の時間区間と
    に対し、それぞれ第1および第2需給余裕度を計算し、
    前記計画立案部は、前記第1需給余裕度と前記第2需給余裕度に基づいて、前記第1の時間区間における計画を立案する
    ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の需給バランス制御装置。
  9. 前記収集制御部は、前回計算された前記信頼値が低い需要家または需要機器ほど、前記電力需要量のデータを取得するサンプリング間隔を短くする
    ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の需給バランス制御装置。
  10. 前記信頼値が取り得る値が複数の範囲に分割され、
    前記重みの値は、前記算出された信頼値が属する範囲に応じて定まる
    ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載の需給バランス制御装置。
  11. 前記バランス調整部は、
    前記複数の範囲のそれぞれ毎に、前記範囲に属する前記需要機器の前記電力需要予測量を用いて、前記電力需要予測量の標準偏差を計算し、
    前記複数の範囲のそれぞれ毎に、前記標準偏差に所定の係数を乗じた値を加算することにより、前記範囲に属する前記需要機器の前記予測電力需要を補正し、
    前記需要機器毎に補正された予測電力需要を用いて、前記第1重み付け合計を計算する。
    ことを特徴とする請求項10に記載の需給バランス制御装置。
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