JP5496431B1 - 需給計画装置、需給計画方法、需給計画プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

電力需要の予測を行う電力需要予測部１１と、デマンドレスポンスの発生確率とデマンドレスポンスのリベート値とに基づいて、低減電力量の単位量あたりの利益期待値を算出するリベート期待値予測部１２と、買電に要する第１の費用と、発電機２−１〜２−ｎ，蓄電池３−１〜３−ｍによる電力の生成に要する第２の費用と、利益期待値と電力需要を満たす供給量を生成した上で発電機２−１〜２−ｎ，蓄電池３−１〜３−ｍによりさらに生成可能な電力量である予備力との乗算結果と、を加算した結果を評価関数とし、買電量と発電機２−１〜２−ｎ，蓄電池３−１〜３−ｍにより生成した電力量とにより電力需要を満たしかつ予備力を生成した場合に発電機２−１〜２−ｎ，蓄電池３−１〜３−ｍの制約条件を満たしかつ評価関数が最小になるよう予備力および発電機２−１〜２−ｎ，蓄電池３−１〜３−ｍの運転計画を決定する最適運転計画作成部１３と、を備える。

Description

本発明は、需給計画装置、需給計画方法、需給計画プログラムおよび記録媒体に関するものである。

電力需給は、大きく供給側と需要家側に分けられる。供給側は電力会社等、需要家側は工場／ビル／一般家庭等である。各需要家は契約容量（最大受電電力量）が定められているが、コストの問題から、通常、供給側は全需要家の契約容量総和の発電容量を準備してはおらず、需要家の電力使用電力量を予測し、予測した使用電力量以上の発電量を準備する。このような需給計画の作成方法については、例えば、下記特許文献１、２に開示されている。

ところが、近年の需給逼迫により、供給側が準備した供給量を需要予測が上回るケースが増えてきており、供給側からの依頼に基づく需要家側での対応（デマンドレスポンス）が検討されている。一方、発電設備や蓄電設備を保持し、自ら計画制御システムを導入して省エネ運転を行っている需要家も数多く存在する。こうした需要家については、単なる負荷抑制だけではなく、発電量増加や蓄電池放電等により、電力需要削減に大きく貢献する可能性を秘めている。

デマンドレスポンスには種々の形態が考えられているが、例えば、需給逼迫が予想される数時間について、通常時の受電電力量（例えば、過去１週間の受電電力量実績により算出）よりも受電電力量を下げた（買電量を低下させた、または、売電量を増加させた）場合に、下げた量に応じてリベートを還元する形態が考えられる。

特開２００５−００４４３５号公報 特開２０１０−２１３４７７号公報

しかしながら、従来の需要家における需給計画の作成方法では、発電機や蓄電池等の運転計画を、一定期間（例えば翌日１日分や、１週間分等）の運用コスト（＝発電コスト＋買電料金−売電料金）が最小となるように立案する。一般に需給計画は、まず電力需要を予測して、これに見合う発電計画を立案するため、電力需要の予測が正確であれば正確な運用コスト最小の運転計画が立案可能である。ところが、需要規模が小さいほど電力需要の予測は困難であり、これに対する対策としては上記特許文献１、２に示されるように、予測困難な電力需要を確率的に扱い、例えば需要抑制要請を電力需要の確率的な変動として扱うことが考えられる。

一方で、外部からの買電力抑制依頼（デマンドレスポンス依頼）に応じて、特定日・特定時間帯（例えば、夏季のうち特に気温が高く全国的に電力需要が大きく見込まれる日の１３：００〜１６：００等）の買電量を通常（例えば、過去１週間の１３：００〜１６：００の買電量の平均値）よりも下げる必要がある場合、通常時からこの時間帯に発電機を最大出力で発電していたり、蓄電池を最大放電していたりすると、買電量を下げる余地がなくなる。とはいうものの、デマンドレスポンスに備えて当該時間帯の通常時の発電機出力をむやみに下げたり、蓄電池をむやみに充電運用したりすることは、通常時の電力コストを大きく増加させる可能性がある。

一般に、デマンドレスポンス依頼は電力を抑制したい時間帯の前日もしくは数時間前に行われることが想定されている。そこで、依頼が無い限りは通常の最適需給計画を立案し、依頼があった場合にリベートを考慮した最適需給計画を立案し直すことがデマンドレスポンス対応として妥当であるが、それでも、以下のような問題点は残る。
・数時間前等の緊急抑制依頼には発電機の立ち上げが間に合わない、または蓄電池の充電が間に合わない等の可能性がある。また、間に合ったとしても、急な計画変更は大きな運用コストが発生し、負荷抑制のリベートに見合わない可能性がある。
・電力需給逼迫の可能性が高い月・時間帯の通常の運用において、既に発電機をフル活用しているケースが多いと考えられ、この場合、買電力抑制依頼時にいくらリベートが高くても、さらに発電することはできない。

社会全体の視点で見ると、発電設備や蓄電設備を保有する各需要家が発電または放電可能な電力は社会全体としての予備力と考えることができる。このため、発電設備や蓄電設備を保有する各需要家は、電力需給逼迫の可能性が高い月・時間帯の通常の運用において、需要家の発電機および蓄電池を、適正な予備力（もっと発電／放電しようと思えば即座に発電／放電できる量）を有するよう運用することが社会全体として望ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、デマンドレスポンス依頼に対応することが可能なように、適切な予備力を有するよう発電機および蓄電池を運用するための需給計画を作成することができる需給計画装置、需給計画方法、需給計画プログラムおよび記録媒体を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電力需要の予測を行う電力需要予測部と、デマンドレスポンスの発生確率とデマンドレスポンスにより得られるリベート値とに基づいて、低減電力量の単位量あたりの利益期待値を算出する利益期待値予測部と、買電に要する第１の費用と、電力供給設備による電力の生成に要する第２の費用との加算結果から、前記利益期待値と前記電力需要を満たす供給量を生成した上で前記電力供給設備によりさらに生成可能な電力量である予備力との乗算結果を減じた結果を評価関数とし、買電量と前記電力供給設備により生成した電力量とにより前記電力需要を満たしかつ前記予備力を生成した場合に前記電力供給設備の制約条件を満たしかつ前記評価関数が最小になるよう前記予備力および前記電力供給設備の運転計画を決定する最適運転計画作成部と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、デマンドレスポンス依頼に対応することが可能なように、適切な予備力を有するよう発電機および蓄電池を運用するための需給計画を作成することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる需給計画装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。 図２は、本発明にかかる需給計画装置である計算機システムの構成例を示す図である。 図３は、記憶部に格納されるデータの一例を示す図である。 図４は、２４時間ごとに行われる運転計画作成処理手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、予備力の一例を示す図である。 図６は、実施の形態の効果を説明するための図である。 図７は、更新周期ごとに実施される運転計画確定処理手順の一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる需給計画装置、需給計画方法、需給計画プログラムおよび記録媒体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる需給計画装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。本実施の形態の需給計画装置１は、需要家側の装置であり、需要家が有する（管理する）発電機２−１〜２−ｎおよび蓄電池３−１〜３−ｍに接続される。発電機２−１〜２−ｎおよび蓄電池３−１〜３−ｍは、電力系統に接続され、電力会社等の供給側から電力の供給を受ける。また、発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍは、配電線により負荷４と接続される。負荷４には、発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍから、または電力系統から電力が供給される。なお、図１では、簡略化のため、負荷４を１つとして記載しているが、負荷４は複数の装置であってもよい。また、図１では、需要家が発電機と蓄電池の両方を有する例を記載しているが、発電機と蓄電池のいずれか一方のみを有していてもよい。

図１に示すように、本実施の形態の需給計画装置は、需給計画部１０と機器制御部２０を備える。需給計画部１０は、電力需要予測部１１、リベート期待値予測部（利益期待値予測部）１２、最適運転計画作成部１３、電力需要補正部１４および確定運転計画作成部１５を備える。機器制御部２０は、需給計画部１０が作成した運転計画に基づいて、発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍを制御する。発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍは、電力を負荷４に供給することが可能な電力供給機器である。発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍは、電力会社等との間で電力買取契約がある場合等には、負荷４に供給するだけでなく、外部へ電力を供給することも可能である。

また、本実施の形態では、需給計画装置１が機器制御部２０を備えるようにしたが、需給計画装置１とは別の制御装置が機器制御部２０を備え、制御装置が、需給計画装置１により作成された運転計画に従って発電機２−１〜２−ｎおよび蓄電池３−１〜３−ｍを制御するようにしてもよい。

需給計画装置１は、具体的には、計算機システム（コンピュータ）である。この計算機システム上で需給計画プログラムが実行されることにより、計算機システムが需給計画装置１として機能する。図２は、本実施の形態の計算機システムの構成例を示す図である。図２に示すように、この計算機システムは、制御部１０１と入力部１０２と記憶部１０３と表示部１０４と通信部１０５と出力部１０６とを備え、これらはシステムバス１０７を介して接続されている。

図２において、制御部１０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等であり、本実施の形態の需給計画プログラムを実行する。入力部１０２は、たとえばキーボードやマウスなどで構成され、計算機システムのユーザーが、各種情報の入力を行うために使用する。記憶部１０３は、ＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory）などの各種メモリおよびハードディスクなどのストレージデバイスを含み、上記制御部１０１が実行すべきプログラム，処理の過程で得られた必要なデータ，などを記憶する。また、記憶部１０３は、プログラムの一時的な記憶領域としても使用される。表示部１０４は、ＬＣＤ（液晶表示パネル）などで構成され、計算機システムのユーザーに対して各種画面を表示する。通信部１０５は、ＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワークとの接続の機能を有し、発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍへの制御命令を発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍへ送信する。また、出力部１０６は、プリンターなどで構成され、処理結果を外部へ出力するための機能を有している。なお、図２は、一例であり、計算機システムの構成は図２の例に限定されない。例えば、出力部１０６を備えていなくてもよい。

ここで、本発明にかかる需給計画プログラムが実行可能な状態になるまでの計算機システムの動作例について説明する。上述した構成をとる計算機システムには、たとえば、ＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ／ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭドライブ（図示せず）にセットされたＣＤ−ＲＯＭ／ＤＶＤ−ＲＯＭから、需給計画プログラムが記憶部１０３にインストールされる。そして、需給計画プログラムの実行時に、記憶部１０３から読み出された需給計画プログラムが記憶部１０３の所定の場所に格納される。この状態で、制御部１０１は、記憶部１０３に格納されたプログラムに従って、本実施の形態の需給計画作成処理を実行する。

なお、本実施例においては、ＣＤ−ＲＯＭ／ＤＶＤ−ＲＯＭを記録媒体として、需給計画作成処理を記述したプログラム（需給計画プログラム）を提供しているが、これに限らず、計算機システムの構成、提供するプログラムの容量などに応じて、たとえば、通信部１０５を経由してインターネットなどの伝送媒体により提供されたプログラムを用いることとしてもよい。

図１の需給計画部１０および機器制御部２０は、図２の制御部１０１に含まれる。図３は、本実施の形態の記憶部１０３に格納されるデータの一例を示す図である。記憶部１０３には、本実施の形態の需給計画作成処理で使用する設定データ２０１と、本実施の形態の需給計画作成処理の出力データ２０２とが格納される。設定データ２０１には、制約条件データ、単価データ、需要データ、デマンドレスポンスデータが含まれる。出力データ２０２には、翌日運転計画と確定運転計画が含まれる。設定データ２０１、出力データ２０２の各データについては後述する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態では、まず、一定期間（例えば、２４時間）（第１の周期）ごとに運転計画（翌日運転計画）を作成する。この運転計画の作成時点では、デマンドレスポンスが実施されるか否かが確定していないため、デマンドレスポンスの発生確率に基づいてデマンドレスポンスによるリベート分を評価関数に組み込む。次に、一定の更新周期（例えば、１時間）（第２の周期）ごとに、翌日運転計画に対して最新の情報に基づいて需要の補正を行い、確定運転計画を作成する。機器制御部２０は、確定運転計画に従って発電機２−１〜２−ｎおよび蓄電池３−１〜３−ｍを制御する。この際、デマンドレスポンス実施／非実施の確定情報に基づいて、非実施の場合はデマンドレスポンスによるリベート分は評価関数に組み込まずに確定運転計画を作成する。以下、本実施では、上記の一定期間を２４時間とし（第１運転計画を２４時間ごとに作成し）、上記更新周期を１時間とする（第２運転計画を１時間ごとに作成する）例について説明するが、一定期間、更新周期はこれらの値に限定されず、例えば一定期間を１週間としてもよく、一定期間＞更新周期であればどのような値でもよい。

図４は、２４時間ごとに行われる運転計画作成処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、電力需要予測部１１は、翌日１日分の各時間帯の電力需要を予測する（ステップＳ１）。各時間帯の長さは、例えば、上記の更新周期と同一とし、ここでは１時間とするが、１時間に限定されない。電力需要の予測方法としては、どのような方法を用いてもよいが、例えば過去の需要の実績と、季節（または月），曜日，時間帯，気温の予測値等のパラメータとに基づいて算出する方法等がある。例えば、記憶部１０３に需要データとして、過去の需要の実績を季節，曜日，時間帯，気温等のパラメータと対応付けて記録しておくこととする。そして、需要データから、予測対象となる季節，曜日，時間帯の実績値を抽出して、抽出した実績値について気温と実績値との相関を求めておき、求めた相関と気温の予測値とを用いて需要の予測値を求める。また、ここでは、需要家自身の需要を予測するため、負荷４の一部については、例えば事業所内の製造用設備等、あらかじめ稼動計画が確定しているものもある。稼動計画が確定しているものについては、需要データとして日付と時間帯ごとに稼動するか否かの情報を格納しておき、稼動計画を需要の予測に反映することができる。この場合、需要データには、過去のデータとして装置ごとの稼動／非稼動についても記憶しておく。また、稼動計画により需要が予測できるものと、空調設備などのように需要が気温などにより変動するものとに、分類して異なるようにしてもよい。前者は稼動計画と装置ごとの消費電力予測値などについて求め、考慮についてのみ、過去のデータに基づいて気温などの相関を求めておき、求めた相関と気温の予測値とを用いて需要の予測値を求めるようにしてもよい。

次に、リベート期待値予測部１２は、デマンドレスポンスが発生した場合に還元されるリベートにより生じる利益の単価（例えば１ｋＷｈあたりの）である利益期待値を算出する（ステップＳ２）。利益期待値は、具体的には、例えば、以下のようにして算出する。デマンドレスポンス時のリベートの設定方法については確定されたものはないが、例えば、通常時からの買電量の低下（または倍電量の増加）１ｋＷｈにつきＸ円等のように設定されることが考えられる。Ｘは、時間帯や日付により変更される場合も考えられるが、ここでは、一律４０円とする。記憶部１０３のデマンドレスポンスデータには、この単位電力量あたりのリベート値（リベート単価）が格納される。また、デマンドレスポンスの発生確率は季節や時間帯ごとに異なる。記憶部１０３のデマンドレスポンスデータとしては、季節および時間帯ごとの発生確率についても格納される。例えば、７月／８月の１３：００〜１６：００を高確率（例えば、５０％）、その他を低確率（例えば、０％）と設定して格納する。この季節および時間帯ごとの発生確率や、リベート単価（例えば１ｋＷｈにつき１律４０円）は全国の電力逼迫予測に応じて供給側が変更する可能性がある。これらの値が変更された場合には、例えば、需要家の運用者が、記憶部１０３のデマンドレスポンスデータを更新する。リベート単価が、時間帯ごとに異なる場合には、リベートの値も時間帯ごとにデマンドレスポンスデータとして格納する。

デマンドレスポンスの発生確率は、デマンドレスポンスを用いた運用が開始されてから年数が経過している場合は、季節や月ごとの各時間帯で過去のデマンドレスポンスの発生した頻度に基づいて求めることができる。過去の実績（過去にデマンドレスポンスを行ったまたは行わなかった結果）が蓄積していない場合は、天候や気温の予測等から予測される発生確率を用いることができる。

なお、過去の実績により求めたデマンドレスポンスの発生確率が細かく求められており、そのまま用いると後述の処理が複雑になることが予想される場合には、例えば、発生確率が０〜１０％以下の場合は発生確率を０とし、発生確率が２０〜３０％以下の場合は２０％とするなどとして発生確率を簡略化して用いてもよい。

リベート期待値予測部１２は、記憶部１０３のデマンドレスポンスデータのうち、翌日の時間帯ごとに、対応するリベート単価（低減する電力量の単位量（単位低減電力量）当たりのリベート値）と発生確率を読み出す。そして、翌日の時間帯ごとに、リベート単価と発生確率を乗算してリベート期待値を求める。例えば、リベート単価が１律１ｋＷｈあたり４０円で、発生確率を７月／８月の１３：００〜１６：００を５０％とし、その他を０％とすると、７月の１３：００〜１４：００の時間帯では、リベート期待値は１ｋＷｈあたり２０円となり、７月の１６：００〜１７：００の時間帯では、リベート期待値は１ｋＷｈあたり０円となる。

次に、リベート期待値予測部１２は、発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍの種類ごとに、単位電力量（ここでは１ｋＷｈとする）の生成（発電または放電）のために必要な燃料費等の経費をリベート期待値から減算することにより利益期待値を算出する。ここでは、発電機２−１〜２−ｎ間では単位電力量の生成に要する経費は同じとし、蓄電池３−１〜３−ｍ間では、単位電力量の生成に要する経費は同じとして、発電機（発電機２−１〜２−ｎ）と蓄電池（蓄電池３−１〜３−ｍ）に分けて、例えば、以下の式（１）により利益期待値を算出する。
利益期待値［発電機］＝リベート期待値×燃料費単価
利益期待値［蓄電池］＝リベート期待値×蓄電池ロス×買電単価
…（１）

上記式（１）において、燃料費単価は、単位電力量（ここでは１ｋＷｈとする）の発電のために使用する燃料の価格である。蓄電池ロスは、蓄電池における充放電ロスを充電に使用する電力量に対する比率（例えば、３割）で表したものである。買電単価は、蓄電池の充電時に電力会社等から電力を購入した際の買電単価である。燃料費単価、燃料費単価、買電単価については、記憶部１０３の単価データに格納されている。リベート期待値予測部１２は、記憶部１０３の単価データからこれらの値を読み出して、上記の算出に使用する。

なお、燃料費単価の異なる発電機２−１〜２−ｎがある場合には、発電機２−１〜２−ｎごとに利益期待値［発電機］を算出すればよく、蓄電池ロスの異なる蓄電池３−１〜３−ｍがある場合には、蓄電池３−１〜３−ｍごとに利益期待値［蓄電池］を算出すればよい。

図４の説明に戻り、次に、最適運転計画作成部１３は、翌日１日分の各時間帯の発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍのそれぞれの発電／充放電プロファイルの初期値（初期プロファイル）を設定する（ステップＳ３）。また、この際、最適運転計画を求めるために後のステップで発電／充放電プロファイルを変更するが、この発電／充放電プロファイルの変更対象とする発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍ（変更対象機器）についても初期値として１つ選択して設定する。また、予備力についても発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍのそれぞれについて予備力のプロファイル（予備力プロファイル）として初期プロファイル（例えば、全ての時間帯でゼロ）を設定する。ここで、本実施の形態の発電／充放電プロファイルとは、電力需要と同じ時間刻み（例えば、１時間ごと）の発電／充放電量を示すものである。例えば、全ての発電機２−１〜２−ｎは、１０:００−１６：００に発電し、その他の時間帯で発電せず、蓄電池３−１〜３−ｍは、深夜・早朝（例えば、０：００−６：００）にＳＯＣが６０％となるまで充電し、７：００−８：００に放電する等というように、時間帯ごとに動作を規定したものを示す。発電／充放電プロファイルは、発電機であれば発電機の起動時間、発電機の停止時間、発電量（単位時間当たりの）等に応じて決定される。蓄電池であれば充電の開始時間、充電の速度、放電の開始時間、放電の速度等に応じて決定される。

ここで、予備力とは、デマンドレスポンスが発生した場合に、需要家の設備（発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍ）により生成する（発電機の場合は発電する、蓄電器の場合は放電するまたは充電量を減少させる）ことが可能な電力量であり、また、後述するデマンドレスポンスによるリベートを考慮した評価関数を最小にするよう定められる。図５は、予備力の一例を示す図である。図５は、発電機についての発電プロファイル３０１と予備力３０２の一例を示している。図５の期間Ｔｒは、デマンドレスポンスの発生確率の高い時間帯を示している。

発電／充放電プロファイルおよび予備力のプロファイルの初期プロファイルの設定では、最適運転計画作成部１３は、記憶部１０３に格納されている制約条件データを読み出して、制約条件データを反映する。具体的には、発電／充放電プロファイル単独で制約条件を満たし、かつ発電／充放電プロファイルに予備力のプロファイルを加算したプロファイルでも制約条件を満たすように設定する。例えば、図５の例では、発電プロファイル３０１が制約条件を満たすとともに、期間Ｔｒの予備力３０２を加算したプロファイルも制約条件を満たすように設定する。これにより、予備力３０２が加算された場合にも、最大発電量以下となるので、デマンドレスポンスが発生した場合に予備力を確保することができる。制約条件としては、例えば、以下の項目が考えられる。
（１）発電機の制約条件
・連続運転時間（例えば、２０時間以内）
・停止時間（一度停止させてから再起動までにあけなければいけない時間、例えば４時間以上）
・起動停止回数（例えば、１回以下／１日）
・最大発電量／最小発電量（単位時間当たりの）
（２）蓄電池の制約条件
・最大充放電力（例えば、±１０ｋＷ）
・ＳＯＣ（State Of Charge）制約（例えば、最大７０％、最小３０％）
（３）買電量の制約条件
・電力会社等の供給側から購入する電力量の最大値／最小値

次に、最適運転計画作成部１３は、発電／充放電プロファイル、予備力のプロファイルとステップＳ１で予測した需要に基づいて、評価関数に時間帯ごとの買電量、発電量、放電量、予備力を代入する（ステップＳ４）。評価関数としては、例えば、以下の式（２）を用いる。
評価関数＝Σ_t（買電量×買電単価＋発電量×燃料費単価
＋放電量×蓄電池ロス×買電単価［充電時］
−Σ_i予備力×利益期待値） …（２）
買電量は、予測された需要に対応する電力量から、発電機２−１〜２−ｎによる発電量と蓄電池３−１〜３−ｍによる充放電量とを減算したものである。ここでは、充放電量は、放電の場合に符号をプラスとし、充電の場合に符号をマイナスとしておく。例えば充電のみを行う時間帯では、充電に要する電力量が買電量に加算される。上記式（２）の先頭のΣ_tは、時間についての総和を示し、ここでは、運転計画の作成単位である１日（２４時間）の総和とし、１時間ごとに電力需要等を求める場合には、２４の各時間帯の値の総和となる。また、買電単価が時間帯ごとに異なる場合、蓄電池ロスに乗ずる買電単価は充電時の売電単価とする。上記式（２）のΣ_iは、発電機、蓄電池のように利益期待値が異なるグループがある場合、グループに関する総和である。例えば、発電機２−１〜２−ｎが、同一の利益期待値（発電機）を用いることができ、蓄電池３−１〜３−ｍが同一の利益期待値（蓄電池）を用いることができる場合、Σ_i予備力×利益期待値は、以下の式（３）で表すことができる。
Σ_i予備力×利益期待値
＝発電機２−１〜２−ｎの予備力合計×利益期待値［発電機］
＋蓄電池３−１〜３−ｍの予備力合計×利益期待値［蓄電池］
…（３）

上記式（２）の買電量×買電単価（第１の費用）は、買電に要する費用であり、発電量×燃料費単価＋放電量×蓄電池ロス（第２の費用）は、需要家の電力供給機器（発電機２−１〜２−ｎ、蓄電池３−１〜３−ｍ）による電力の生成に要する費用である。

なお、本実施の形態では、需要は需要家の設備内の需要であるため、需要自体の時間的な分布はある程度変更可能な場合もある。このような場合は、１日分トータルでの需要量を１日単位で供給できればよいとしてもよい。この場合、後述のステップＳ８では、発電／充放電プロファイルの変更の際に、需要の時間的な分布を変更したケースも含めて変更範囲を決定する。ただし、変更可能な稼働計画の範囲に制約があったり、変更できない負荷量があったりなどの場合には、これらについても制約条件として考慮する。例えば、負荷４の一部としてある製造設備については、稼働計画から稼働開始および終了を前または後に１時間まで変更可能である等の制約条件である。

次に、最適運転計画作成部１３は、ステップＳ４で買電量、発電量、放電量、予備力等を代入した評価関数値がＣｍｉｎより小さいか否かを判断する（ステップＳ５）。Ｃｍｉｎの初期値としては十分大きな値（例えば、上記評価関数のとりうる最大値より大きな値）を設定しておく。評価関数値がＣｍｉｎより小さい場合（ステップＳ５ Ｙｅｓ）、Ｃｍｉｎ＝評価関数値とする（ステップＳ６）。そして、最適運転計画作成部１３は、変更対象機器の発電／充放電プロファイルおよび予備力プロファイルについて変更可能な全範囲について処理を実施したか否かを判断し（ステップＳ７）、処理を実施していない範囲がある場合（ステップＳ７ Ｎｏ）、発電／充放電プロファイルおよび／または予備力プロファイルを変更し（ステップＳ８）、ステップＳ４に戻る。ステップＳ８の変更では、初期プロファイルの設定と同様に、変更後の発電／充放電プロファイル単独で制約条件を満たし、かつ変更後の発電／充放電プロファイルに変更後の予備力のプロファイルを加算したプロファイルでも制約条件を満たすように変更する。

なお、変更可能な全範囲とは、上記述べた（１）〜（３）の制約条件に基づいて、設定可能な範囲のことである。なお、（１）〜（３）以外にも制約条件を設けて、変更可能な全範囲を減らしてもよい。例えば、発電機について１日１回起動して停止させると定めておき、１日の運転時間は定めておき、運転開始時刻のみを変化させることにより発電プロファイルを変更してもよい。また、予備力プロファイルについては、上述したように、デマンドレスポンスの発生確率を７月／８月の１３：００〜１６：００を５０％とし、その他を０％とするような例では、デマンドレスポンスが０％の期間は予備力を設定する必要はない。このため、５０％となる時間帯のみ予備力の値を変化させて評価関数を最適にする値を求めるようにしてもよい。充放電プロファイル、予備力プロファイルの変更は、例えば、まず発電／充放電プロファイルを固定して予備力プロファイルを変更して、予備力プロファイルの全範囲の処理が終了した後に、発電／充放電プロファイルを変更するようにしてもよいし、この方法以外で変更させてもよい。また、処理量を減らすために、機器ごとに発電／充放電プロファイルをあらかじめ複数用意しておき、このなかから発電／充放電プロファイルを選択することにより、発電／充放電プロファイルを変更してもよい。

ステップＳ７で、処理を実施していない範囲がない場合（ステップＳ７ Ｙｅｓ）、全機器について変更が終了した（変更対象機器として設定された）か否かを判断し（ステップＳ９）、変更が終了していない機器がある場合（ステップＳ９ Ｎｏ）、変更が終了していない機器のうちの１つを変更対象機器として設定してステップＳ４へ戻る。全機器について変更が終了した場合（ステップＳ９ Ｙｅｓ）、Ｃｍｉｎに対応する発電／充放電プロファイルに基づいて運転計画を作成し（ステップＳ１０）、記憶部１０３に翌日運転計画（第１運転計画）として格納し、処理を終了する。記憶部１０３に翌日運転計画（第１運転計画）を格納する際には、予備力プロファイルについても格納し、また、ステップＳ１で算出した電力需要の予測値と当該予測値の前提条件（気温の予測値など）も対応付けて記憶部１０３に格納しておく。なお、以上の処理手順は一例であり、評価関数の値を最小にする発電／充放電プロファイルおよび予備力プロファイルが求める方法であればよく、具体的な処理は上記の例に限定されない。

以上の処理により、評価関数を最小にする予備力を確保可能な運転計画を作成することができる。本実施の形態の需給計画装置１は、以上の処理によりデマンドレスポンスのリベートを考慮した需給計画を立案することができる。図６は、本実施の形態の効果を説明するための図である。図６の上段は、予備力を確保しない運用を実施した場合の蓄電池におけるＳＯＣを示し、図６の中段、下段は、予備力を確保できるよう運用された場合の蓄電池におけるＳＯＣを示している。図６の上段では、ＳＯＣは、最大値（ＭＡＸ）より少ない値から放電を始めており、期間Ｔｒ（デマンドレスポンスの発生確率の高い期間）では、ＳＯＣは最小値（ＭＩＮ）になっており、デマンドレスポンスが要求されても、これ以上放電することができない。これに対し、図６の中段では、放電を始める時刻と速度は上段の場合と同じであるが、ＳＯＣは最大値から放電を始めているため、期間Ｔｒにおいて放電する余力３０３がある。この余力が予備力に対応する。また、さらに、負荷４の稼動計画自体、すなわち需要のプロファイルも変更することが可能であれば、図６の下段に示すように、放電を開始する時刻をずらすことにより期間Ｔｒにおいて放電する余力３０３を増やすことができる。このように、負荷４の稼動計画についても上記の処理において発電／充放電プロファイルと同様に変更して評価関数を最小にする値を求めてもよい。

更新周期ごとに行われる処理について説明する。図７は、更新周期ごとに実施される運転計画確定処理手順の一例を示す図である。まず、電力需要補正部１４は、記憶部１０３から電力需要の予測値を読み出し、最新の気温等に基づいて将来１時間の電力需要を補正する（ステップＳ１１）。具体的には、例えば、最新の気温が気温の予測値より高い場合には、電力需要を増やす等の処理を行う。また、発電機２−１〜２−ｎとして太陽電池を含む場合は、天候により発電量も変わるため、実際の天候に応じて発電量を補正してもよい。

次に、確定運転計画作成部１５は、デマンドレスポンス実施の有無の実績（確定した情報）に基づいて評価関数を設定する（ステップＳ１２）。デマンドレスポンス実施の有無は、例えば、入力部１０２の操作により運用者により入力されるようにしてもよいし、通信部１０５を経由して図示しない他の情報装置等から入力されるようにしてもよい。

ステップＳ１２の処理としては、具体的には、デマンドレスポンス実施がある場合には、以下の式（４）とし、デマンドレスポンス実施が無い場合は、リベート分を削除した以下の式（５）とする。ただし、買電量はステップＳ１１の電力需要の補正を反映させたものとする。
（デマンドレスポンスが実施されることが確定した場合）
評価関数＝買電量×買電単価＋発電量×燃料費単価
＋放電量×蓄電池ロス×買電単価−Σ_i予備力×リベート単価
…（４）
（デマンドレスポンスが実施されないことが確定した場合）
評価関数＝買電量×買電単価＋発電量×燃料費単価
＋放電量×蓄電池ロス×買電単価 …（５）

次に、確定運転計画作成部１５は、ステップＳ１２で設定した評価関数に基づいて将来１時間の運転計画を確定させ、記憶部１０３に確定運転計画（第２運転計画）として格納する（ステップＳ１３）。この際、図４の翌日の運転計画の作成のときと同様の制約条件に基づいて、発電量、放電量を順次変更して評価関数を最小にする運転計画を求めることも考えられるが、図４の翌日の運転計画をベースとして電力需要が変化した分のみ補正していくことにより処理を減らしてもよい。例えば、図４の翌日の運転計画を初期値として、例えば、需要が増加した場合は、各繰り返しループにおける発電／充放電量および予備力の変更において、予備力を減らす方向への変更、発電量または放電量を増やす方向への変更を実施して評価関数の最小値を求めてもよい。また、デマンドレスポンスが実施されないことが確定した場合、図４の翌日の運転計画（予備力を加算しない運転計画）を初期値として、需要が増加した場合は、発電量または放電量を増やす方向への変更を実施して評価関数の最小値を求めてもよい。

機器制御部２０は、確定運転計画に基づいて機器を制御する（ステップＳ１４）。なお、機器の制御は別途行う等、正確な運転計画を必要としない場合には、図７で述べた運転計画確定処理手順は実施しなくてもよい。

以上のように、本実施の形態では、一定期間分のコストを示す評価関数として、予測した需要量を確保するために要する費用（買電の費用、発電のための費用等）から、デマンドレスポンスの発生確率を考慮したデマンドレスポンスによる利益期待値に予備力を乗じた関数を用い、評価関数を最小にするように予備力を求めるようにした。このため、デマンドレスポンス依頼に対応することが可能なように、適切な予備力を有するよう発電機および蓄電池を運用するための運転計画（需給計画）を作成することができる。

以上のように、本発明にかかる需給計画装置、需給計画方法、需給計画プログラムおよび記録媒体は、発電機、蓄電池を有する需要家における需要計画作成に有用であり、特に、デマンドレスポンス依頼を受ける需要家に適している。

１ 需給計画装置、２−１〜２−ｎ 発電機、３−１〜３−ｍ 蓄電池、４ 負荷、１０ 需給計画部、１１ 電力需要予測部、１２ リベート期待値予測部、１３ 最適運転計画作成部、１４ 電力需要補正部、１５ 確定運転計画作成部、２０ 機器制御部、１０１ 制御部、１０２ 入力部、１０３ 記憶部、１０４ 表示部、１０５ 通信部、１０６ 出力部、１０７ システムバス。

Claims (8)

1. 電力需要の予測を行う電力需要予測部と、
   デマンドレスポンスの発生確率とデマンドレスポンスにより得られるリベート値とに基づいて、低減電力量の単位量あたりの利益期待値を算出する利益期待値予測部と、
   買電に要する第１の費用と、電力供給設備による電力の生成に要する第２の費用との加算結果から、前記利益期待値と前記電力需要を満たす供給量を生成した上で前記電力供給設備によりさらに生成可能な電力量である予備力との乗算結果を減じた結果を評価関数とし、買電量と前記電力供給設備により生成した電力量とにより前記電力需要を満たしかつ前記予備力を生成した場合に前記電力供給設備の制約条件を満たしかつ前記評価関数が最小になるよう前記予備力および前記電力供給設備の運転計画を決定する最適運転計画作成部と、
   を備えた需給計画装置。
2. 前記電力需要予測部および前記最適運転計画作成部は、第１の周期ごとに電力需要の予測および前記運転計画の決定を実施し、
   前記第１の周期より短い第２の周期で電力需要を補正する電力需要補正部と、
   前記第２の周期で、補正された電力需要と、デマンドレスポンスが実施されるか否かの確定結果とに基づいて前記運転計画を修正して確定運転計画を作成する確定運転計画作成部、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の需給計画装置。
3. 前記確定運転計画に基づいて前記電力供給設備を制御する機器制御部、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の需給計画装置。
4. 前記電力供給設備として発電機を含み、
   前記第２の費用として前記発電機により発電を行う場合の単位発電量あたりの燃料費と前記発電機による発電量との乗算結果を含み、
   デマンドレスポンスにより得られる低減電力量の単位量あたりのリベート値から前記発電機により発電を行う場合の単位発電量あたりの燃料費を減算した値と、前記発生確率との乗算により前記発電機の前記利益期待値を算出することを特徴とする請求項１、２または３に記載の需給計画装置。
5. 前記電力供給設備として蓄電池を含み、
   前記第２の費用として前記蓄電池により充電を行った際の買電単価と前記蓄電池の充放電ロスと前記蓄電池による放電量との乗算結果を含み、
   デマンドレスポンスにより得られる低減電力量の単位量あたりのリベート値から前記蓄電池により充電を行った際の買電単価と前記蓄電池の充放電ロスとの乗算結果を減算した値と、前記発生確率との乗算により前記蓄電池の前記利益期待値を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の需給計画装置。
6. 電力需要の予測を行う電力需要予測ステップと、
   デマンドレスポンスの発生確率とデマンドレスポンスにより得られるリベート値とに基づいて、低減電力量の単位量あたりの利益期待値を算出する利益期待値予測ステップと、
   買電に要する第１の費用と、電力供給設備による電力の生成に要する第２の費用との加算結果から、前記利益期待値と前記電力需要を満たす供給量を生成した上で前記電力供給設備によりさらに生成可能な電力量である予備力との乗算結果を減じた結果を評価関数とし、買電量と前記電力供給設備により生成した電力量とにより前記電力需要を満たしかつ前記予備力を生成した場合に前記電力供給設備の制約条件を満たしかつ前記評価関数が最小になるよう前記予備力および前記電力供給設備の運転計画を決定する最適運転計画作成ステップと、
   を含むことを特徴とする需給計画方法。
7. 請求項６に記載の需給計画方法をコンピュータに実行させることを特徴とする需給計画プログラム。
8. 請求項７に記載の需給計画プログラムを記憶したことを特徴とする記録媒体。

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