JP5494696B2 - ヒートポンプ機器エネルギー管理装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る管理装置の一例であるヒートポンプ機器エネルギー管理装置110を含むエネルギー需要調整システム1の構成を模式的に示した図である。
エネルギー統括装置90は、電力会社が有する装置であり、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110から見て上位のエネルギー管理装置である。エネルギー統括装置90は、電力会社が有するエネルギー系統におけるエネルギーの需要と供給とが合うように調節するために、エネルギーの需給に関する情報を収集する。エネルギーの需要が供給を上回りそうな時間帯では、エネルギーの消費抑制を需要家に要求する。逆にエネルギーの供給が需要を上回りそうな時間帯では、エネルギーの消費促進を需要家に要求する。エネルギー統括装置90は、このような需要家に対するエネルギー消費に関する要求を時間帯別(例えば、1分毎)のエネルギー消費要求値として決定する。エネルギー統括装置90は、エネルギー消費要求値(図7の要求値)を図7に示すようなデータである総消費要求123に含めてヒートポンプ機器エネルギー管理装置110に送信する。
ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110は、複数のヒートポンプ機器40を管理し、当該複数のヒートポンプ機器40の総消費エネルギー量を目標値である総消費要求123の要求値に近づける管理装置である。ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110は、アグリゲータと呼ばれる事業者が有するサーバコンピュータである。アグリゲータは、複数の需要家を取りまとめて、各需要者に代わって電力会社との間に立ってエネルギー消費の調整の仲介を行う事業者である。
通信部111は、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110を、イーサネット(登録商標、以下同じ)等を用いた通信ネットワーク81と接続可能にするインターフェースである。
記憶部113は、主に、RAM、ROM、及びハードディスク等からなる。記憶部113には、個別消費計画121、総消費計画122、個別消費要求123、総消費要求124、応答特性125、外部情報126、及び各ヒートポンプ機器40の運転データ103a等を蓄積して記憶するデータベース113aが構築されている。また、記憶部113には、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110用プログラム等、その他の各種情報も記憶されている。
制御部112は、主にCPUからなり、記憶部113に格納されたヒートポンプ機器エネルギー管理装置110用プログラムを実行する。ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110用プログラムが実行されると制御部110は、主に、消費情報送信部112a、エネルギー消費要求受信部112b、消費情報受信部112c、集計部112d、要求送信部112e、割り振り部112f、学習部112g、及び外部情報取得部112hを備えるようになる。
消費情報送信部112aは、ヒートポンプ機器40の時間帯別(例えば、1分毎)のエネルギー消費計画値および実績値である需要側提供情報を上位のエネルギー統括装置90に送信する。具体的には、需要側提供情報は、図6に示すような総消費計画122として、エネルギー統括装置90に送信される。総消費計画122は、図5に示すような個別消費計画121に含まれている各ヒートポンプ機器40の時間帯別(例えば、1分毎)のエネルギー消費計画値および実績値を集計したものである。消費情報送信部112aは、例えば1日1回、総消費計画122を通信部111を介してエネルギー統括装置90に送信する。
エネルギー消費要求受信部112bは、上位のエネルギー統括装置90からエネルギー消費要求値に関する情報である供給側提供情報を受ける。具体的には、供給側提供情報は、図7に示すような、総消費要求123としてエネルギー統括装置90から所定の間隔(例えば、10分)で送信されてくる。総消費要求123は、時間帯別(例えば、1分毎)のエネルギー消費要求値(図7の要求値)を含むデータである。エネルギー消費要求受信部112bは、総消費要求123を通信部111を介して受信し、記憶部113に記憶させる。
消費情報受信部112cは、ヒートポンプ機器40から需要側提供情報を収集する。具体的には、需要側提供情報は、図5に示すような個別消費計画121として、各ヒートポンプ機器40から送信されてくる。個別消費計画121は、ヒートポンプ機器40のID(識別情報)、時間帯別(例えば、1分毎)のエネルギー消費計画値、および実績値を含むデータである。
集計部112dは、各ヒートポンプ機器40からの需要側提供情報を集計する。具体的には、集計部112dは、記憶部113に記憶されている個別消費計画121を集計し、集計結果を総消費計画122としてデータベース113aに記憶させる。
要求送信部112eは、供給側提供情報である総消費要求123に基づいて各ヒートポンプ機器40にエネルギー消費に関する要求であるエネルギー消費要求(個別消費要求124)を所定の間隔(例えば、10分)で送信する。個別消費要求124は、図8に示すように、各ヒートポンプ機器40のID(識別情報)、時間帯別の要求値、インセンティブとしての報酬金又は罰金を含むデータである。要求値は、例えば、図8に示すように、ヒートポンプ機器40の定格能力の割合を上限又は下限として設定した情報である。報酬金又は罰金は、例えば、電力会社とヒートポンプ機器エネルギー管理装置110を運用する事業者との間の契約で取り決められた金額を基にして、事業者が各ヒートポンプ機器40に要求値に応じてインセンティブとして割り振ったものである。
割り振り部112fは、エネルギー消費の調整量及びインセンティブを各ヒートポンプ機器40に割り振る。具体的には、割り振り部112fは、管理下にある全てのヒートポンプ機器40のエネルギー消費量が総消費要求123に含まれているエネルギー消費要求値(図7の要求値)になるように、各ヒートポンプ機器40にエネルギー消費の調整量を割り振り、個別消費要求124としてデータベース113aに記憶させる。また、割り振り部112fは、エネルギー消費の調整に従うためのインセンティブとして報酬金や罰金も各ヒートポンプ機器40に割り振り、個別消費要求124に含める。割り振り部112fは、調整量及びインセンティブを各ヒートポンプ機器40のエネルギー消費要求値(個別消費要求124の要求値)に対する応答特性125に基づいて割り振る。割り振り処理については、後で詳述する。
学習部112gは、応答特性125を学習し、データベース113aに、エネルギー消費要求値に対する各需要家の応答の実績を基にした学習結果を反映させる。具体的には、学習部112gは、季節、曜日、時間帯、及び天候のうちの少なくとも一つに関する情報とエネルギー消費実績値とを結びつけて応答特性125を例えば機械学習により学習する。応答特性125とは、エネルギー消費の調整量の実績値とインセンティブとして与えられた報酬金額若しくは罰金額との相関関係である。応答特性125は、数学モデルであり、例えば、図12に示されているような曲線を描くシグモイド関数として表される。
外部情報取得部112hは、時間帯毎(例えば、1分毎)の天気、温度、及び湿度等に関する情報である外部情報を取得する。
(4−1)ヒートポンプ機器40の全体構成
図3は、ヒートポンプ機器40の構成を模式的に示した図である。
図4は、ヒートポンプ機器制御装置100の構成のブロック図である。
需要側情報送信部102aは、ヒートポンプ機器40のエネルギー消費計画値及びエネルギー消費実績値をヒートポンプ機器エネルギー管理装置110に送信する。具体的には、需要側情報送信部102aは、記憶部103に記憶されているデータである個別消費計画121を通信部101を介してヒートポンプ機器エネルギー管理装置110へ送信する。個別消費計画121には、例えば図5に示すように当日及び翌日の時間帯別(例えば、1分毎)のエネルギー消費計画値が含まれている。また、既に経過した時間帯別(例えば、1分毎)のエネルギー消費実績値も含まれている。
消費要求受信部102bは、通信部101を介してヒートポンプ機器エネルギー管理装置110から個別消費要求124を受信する。具体的には、消費要求受信部102bは、通信部101を介して個別消費要求124を受信する。消費要求受信部102bは、受信した個別消費要求124を記憶部103に記憶させる。消費要求受信部102bは、個別消費要求124を所定の間隔(例えば、10分)でヒートポンプ機器エネルギー管理装置110から個別消費要求124を受信する。個別消費要求124を受信したら、消費要求受信部102bは、運転計画作成部102cに運転計画103bを作成又は再作成するように命令する。
運転計画作成部102cは、時間帯別(例えば、1分間毎)のヒートポンプ機器40の運転計画103bを作成する。
消費計画作成部102dは、運転計画103bに基づいて個別消費計画121を作成する。即ち、運転計画103bを個別消費計画121に変換する。具体的には、記憶部103には、ヒートポンプ機器40の定格消費エネルギー量に関するデータが記憶されている。消費計画作成部102dは、当該データを参照し、運転計画103bに基づいて時間帯別(例えば、1分毎)の消費するエネルギー量を計算し、個別消費計画121として記憶部103に記憶させる。
運転データ記録部102eは、時間帯別(例えば、1分間毎)の圧縮機12の回転数やユーザの運転指示等、ヒートポンプ機器40の各構成要素の稼働状態に関する情報を運転データ103aとして記憶部103に記憶させる。また、運転データ記録部102eは、時間帯別(例えば、1分間毎)のエネルギー消費の実績値、即ちエネルギー消費実績値を個別消費計画121に含めて記憶部103に記憶させる。
運転制御部102fは、運転計画103bに従ってヒートポンプ機器40を制御する。また、運転制御部102fは、リモコン130を介して入力されるユーザの指示に従ってヒートポンプ機器40を制御する。
(5−1)全体動作
上述したエネルギー需要調整システム1の全体動作についてヒートポンプ機器エネルギー管理装置110の観点からまとめると図10のフローチャートのようになる。
次に、エネルギー消費の調整量及びインセンティブである報酬金や罰金を割り振る、割り振り処理の一例を以下に説明する。
次に、応答特性を学習する処理のフローを図11のフローチャートを用いて説明する。
ステップS201では、天気、温度、及び湿度等の外部情報126を取得する。具体的には、外部情報取得部112hが、インターネット等の通信ネットワーク81を介して天候データを提供するサービスを行なっている事業者のサーバから外部情報126を受信する。外部情報126には、例えば、時間帯毎(例えば、1分毎)の天気、温度、及び湿度等に関する情報が含まれている。受信した外部情報126は、データベース113aに蓄積される。
ステップS202では、学習部112gが個別消費計画121、個別消費要求124、外部情報126、及び運転データ103aを分析し、機械学習により応答特性125を抽出する。学習部112gは、応答モデル125をDBMSを介してデータベース113aに記憶する。データベース113aに記憶されている既存の応答モデル125は、新たに作成された応答モデル125により更新される。
(6−1)
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110は、複数のヒートポンプ機器40を管理し、ヒートポンプ機器40の総消費エネルギー量を目標値である総消費要求123の要求値に近づける管理装置である。要求送信部112eと、消費情報受信部112cと、データベース113aと、学習部112gとを備えている。要求送信部112eは、各ヒートポンプ機器40(ヒートポンプ機器制御装置100)にエネルギー消費要求値を個別消費要求124として送信している。消費情報受信部112cは、各ヒートポンプ機器40(ヒートポンプ機器制御装置100)からエネルギー消費実績値を含む個別消費計画121を受信している。データベース113aは、各ヒートポンプ機器40を保持する需要家のエネルギー消費要求値に対する応答特性125を記憶している。学習部112gは、応答特性125を学習し、データベース113aに、エネルギー消費要求値に対する各需要家の応答の実績を基にした学習結果を反映させている。したがって、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110では、各ヒートポンプ機器40がエネルギー消費調整の要求に対してどのように応答するか予測できている。これにより、複数の需要家のヒートポンプ機器40のエネルギー消費を管理する管理装置において、安定した需給調整を実現することができている。
上記実施形態では、学習部112gは、季節、曜日、時間帯、及び天候のうちの少なくとも一つに関する外部情報126とエネルギー消費実績値とを結びつけて応答特性125を学習している。即ち、季節、曜日、時間帯、及び天候といった情報と実績とを応答特性の学習基盤としている。これにより、信頼性の高い応答特性を得ることができている。
上記実施形態では、応答特性125は、数学モデルとして表されている。これにより、信頼性の高い応答特性を得ることができている。
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110は、要求送信部112eは、各ヒートポンプ機器40(ヒートポンプ機器制御装置100)にインセンティブに関する情報が含まれた個別消費要求124を送信している。これにより、各需要家に個別消費要求124に含まれた要求値に従うインセンティブを与えることが可能となっている。
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110は、エネルギー消費要求受信部112bを備えている。エネルギー消費要求受信部112bは、電力会社等が有するエネルギー統括装置90からエネルギー消費要求値を含む総消費要求123を受信している。これにより、電力会社と需要家との間に立ってエネルギーの安定した需給調整を仲介するアグリゲータとしての役割を果たすことができている。
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110は、割り振り部112fを備えている。割り振り部112fは、応答特性125に基づいて各ヒートポンプ機器40にエネルギー消費要求値を割り振っている。これにより、信頼性の高いエネルギー消費調整をすることができている。
(7−1)変形例1A
上記実施形態では、ヒートポンプ機器エネルギー管理装置110は、電力会社のエネルギー統括装置90から総消費要求123を受信し、個別要求124を各ヒートポンプ機器40のヒートポンプ機器制御装置100に送信していた。しかし、他の実施形態においては、消費要求受信部112bが電力会社のエネルギー統括装置90から時間帯別(例えば、1分毎)のエネルギー単価に関する情報を受信し、要求送信部112eが当該情報を各ヒートポンプ機器40のヒートポンプ機器制御装置100に送信しても良い。
上記実施形態では、学習部112gは、各ヒートポンプ機器40の応答特性125を数1のシグモイド関数として機械学習により抽出していた。割り振り部112fは、数1のシグモイド関数を用いて各ヒートポンプ機器40にエネルギー消費の調整量及びインセンティブを割り振った。しかし、他の実施形態においては、各ヒートポンプ機器40の応答特性125を他の関数で表しても良い。また、応答特性125を例えば、ベイズ推定や、回帰分析、主成分分析を用いて応答特性125を抽出しても良い。
上記実施形態では、ヒートポンプ機器制御装置100は、ヒートポンプ機器40に備えられた装置であったが、他の実施形態においては、ヒートポンプ機器40とは、独立した装置であっても良い。
40 ヒートポンプ機器
90 エネルギー統括装置(上位のエネルギー管理装置)
100 ヒートポンプ機器制御装置
110 ヒートポンプ機器エネルギー管理装置(管理装置)
112a 消費情報送信部
112b エネルギー消費要求受信部
112c 消費情報受信部
112d 集計部
112e 要求送信部
112f 割り振り部
112g 学習部
113 記憶部
113a データベース
121 個別消費計画
122 総消費計画
123 総消費要求
124 個別消費要求
125 応答特性
Claims (2)
- 複数の、給湯機能および暖房機能を有するヒートポンプ機器(40)を管理し、総消費エネルギー量を目標値に近づけるアグリゲータとしての管理装置(110)であって、
前記各ヒートポンプ機器にエネルギー消費要求値(124)を送信する要求送信部(112e)と、
前記各ヒートポンプ機器からエネルギー消費実績値(121)を受信する消費情報受信部(112c)と、
前記各ヒートポンプ機器を保持する需要家の前記エネルギー消費要求値に対する応答特性(125)を記憶するデータベース(113a)と、
前記応答特性を学習し、前記データベースに、前記エネルギー消費要求値に対する各需要家の応答の実績を基にした学習結果を反映させる学習部(112g)と、
上位のエネルギー管理装置から前記エネルギー消費要求値又はエネルギーの価格情報を受信するエネルギー消費要求受信部(112b)と、
前記応答特性に基づいて前記各ヒートポンプ機器に前記エネルギー消費要求値を割り振る割り振り部(112f)と、
を備え、
前記学習部は、季節に関する情報と前記エネルギー消費実績値とを結びつけて前記応答特性を学習する、
前記要求送信部は、前記各ヒートポンプ機器にインセンティブに関する情報が含まれた前記エネルギー消費要求値を送信する、
管理装置(110) - 前記学習部は、数学モデルである前記応答特性を学習する、
請求項1に記載の管理装置(110)。
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