JP5503677B2 - システム、情報処理方法及びコンピュータ・プログラム - Google Patents

Description

本発明は、自然エネルギー等で発電した電力の地域的な送電に関する。

近年、環境意識の高まりや災害への備えなどを背景に、家庭や店舗といった電力需要家において、太陽光発電に代表される自然エネルギーなどによる発電装置の導入も一般化しつつある。このような発電装置を備えている場合を含め、電力需要家が家庭や店舗ごとに用いている屋内配線を含む設備のまとまりを「電気設備」と呼ぶこととする。このような電気設備による発電は、自家消費はもちろん、蓄電や売電の対象にも充当されてきている。

広域に存在する複数の太陽光発電設備の発電データをクライアントサーバ型ネットワークで集中管理し、正常に動作しているかを確認する提案も存在する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１７４６０９号

さらに今後、個人間等での電力売買自由化や、それに伴う送電設備の充実が予期される。この場合、電力会社による送配電用のいわゆる電力系統とは別に、地域内で電力を売買、送電しようとする場合、クライアントサーバ型の送電ネットワークでは、送電距離に比例して増大する性質を持つ送電ロスが増大し不利と考えられる。なお、従来のように、いわゆる無効電力制御や逆潮流電力計で、発電した余剰電力を電力系統に戻す形の売電では、電力系統と一体のため広域停電等の障害への備えにならず、より社会的意義のある技術の登場が潜在的に切望されていた。

上記の課題に対し、本発明の目的は、余剰電力を地理的に近い電気設備間で最小限のロスで無駄なく送電する制御を行うことである。

上記の目的をふまえ、本発明の一態様（１）は、電気設備ごとに設けた制御装置間を接続するピアツーピア型の情報通信ネットワークと、前記各電気設備間をピアツーピア型に接続する送電ネットワーク設備と、を備えたシステムであって、前記制御装置は、発電量を含む前記電気設備ごとの電力需給状況の情報を前記情報通信ネットワークを介して、距離が近い他の電気設備の制御装置を優先して他の前記制御装置と授受及び照合することにより、前記電気設備で発電された電力の電気設備間での送電内容を決定する送電決定手段と、前記送電決定手段により決定された前記送電内容に従って、前記送電ネットワーク設備を制御することにより、前記電気設備で発電された電力を電気設備間で送電する送電制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様（４）である情報処理方法は、上記態様を方法のカテゴリで捉えたもので、電気設備ごとに設けた制御装置間を接続するピアツーピア型の情報通信ネットワークと、前記各電気設備間をピアツーピア型に接続する送電ネットワーク設備と、を備えたシステムにおける情報処理方法であって、前記制御装置のコンピュータが、発電量を含む前記電気設備ごとの電力需給状況の情報を前記情報通信ネットワークを介して、距離が近い他の電気設備の制御装置を優先して他の前記制御装置と授受及び照合することにより、前記電気設備で発電された電力の電気設備間での送電内容を決定する送電決定処理と、前記送電決定処理により決定された前記送電内容に従って、前記送電ネットワーク設備を制御することにより、前記電気設備で発電された電力を電気設備間で送電する送電制御処理と、を実行することを特徴とする。

本発明の他の態様（５）であるコンピュータ・プログラムは、上記態様をコンピュータ・プログラムのカテゴリで捉えたもので、電気設備ごとに設けた制御装置間を接続するピアツーピア型の情報通信ネットワークと、前記各電気設備間をピアツーピア型に接続する送電ネットワーク設備と、を備えたシステムのためのコンピュータ・プログラムであって、前記制御装置のコンピュータを制御することにより、発電量を含む前記電気設備ごとの電力需給状況の情報を前記情報通信ネットワークを介して、距離が近い他の電気設備の制御装置を優先して他の前記制御装置と授受及び照合することにより、前記電気設備で発電された電力の電気設備間での送電内容を決定する送電決定処理と、前記送電決定処理により決定された前記送電内容に従って、前記送電ネットワーク設備を制御することにより、前記電気設備で発電された電力を電気設備間で送電する送電制御処理と、を実行させることを特徴とする。

本発明の他の態様（２）は、上記いずれかの態様において、前記制御装置は、対応する前記電気設備における発電量を含む電力需給状況の情報を逐次更新すると共に他の前記制御装置からの要求アクセスに対し送信する状況公開手段（「手段」は方法及びプログラムにおいては「処理」と読み替えるものとする。以下同じ）を備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様（３）は、上記いずれかの態様において、前記送電ネットワーク設備は、前記電気設備間で電力を送電するための複数の区間送電路と、前記区間送電路の端部に設けられ、前記区間送電路間の接続状態又は前記区間送電路と前記電気設備との接続状態の少なくとも一方を変更するスイッチング回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、余剰電力を地理的に近い電気設備間で最小限のロスで無駄なく送電する制御を行うことができる。

本発明の実施形態について構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施形態における制御装置の構成を示す図。 本発明の実施形態における処理手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態におけるデータ例を示す図。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」と呼ぶ）について図に沿って例示する。なお、背景技術や課題などで既に述べた内容と共通の前提事項は適宜省略する。

〔１．構成〕
本実施形態は、図１の構成図に示すように、住宅（Ａ宅〜Ｆ宅）にそれぞれ設けた電気設備Ｅ（ＥＡ〜ＥＦ）ごとに設けた制御装置Ｃ間を接続するピアツーピア型の情報通信ネットワークＮ（破線で示し、以下「通信ネットワーク」とも呼ぶこととする）と、各電気設備Ｅ間をピアツーピア型に接続する送電ネットワーク設備Ｘ（一点鎖線で示す）と、を備えたシステムに関する。

電気設備Ｅは、住宅や店舗などの事業所その他の施設に設けられた一群の屋内配線や各種電気機器を含む設備であり、図１では模式的に家屋の図形で表す。電気設備Ｅによっては発電装置を含むが、発電装置を備えない電気設備Ｅがあってもよい。発電装置は例えば（Ａ宅）、太陽電池パネルＰと、インバータやコンバータを用いたパワーコンディショナなどを備えるが、風力など太陽光以外の種類でもよい。

送電ネットワーク設備Ｘは、電気設備Ｅ間で電力を送電するための複数の区間送電路Ｒと、区間送電路Ｒの端部に設けられ、区間送電路Ｒ間の接続状態又は区間送電路Ｒと電気設備Ｅとの接続状態の少なくとも一方を変更するスイッチング回路ＳＷと、を備える。

制御装置Ｃは、発電装置の制御装置を兼ね、又は発電装置の制御装置とは別の専用の装置として構成する。制御装置Ｃは図２に示すように、コンピュータの構成として少なくとも、ＣＰＵなどの演算制御部６と、主メモリや補助記憶装置等の記憶部７と、通信ネットワークＮ（例えば、インターネット、携帯電話、ＰＨＳ、公衆無線ＬＡＮなどの移動通信網など）との通信部８（例えば、無線や有線の各種通信アダプタ、その他の通信回路、通信機器など）と、を有する。

制御装置Ｃでは、記憶部７に記憶したコンピュータ・プログラム（情報処理プログラム）を演算制御部６が実行することで、図２に示す各手段などの要素（１１、１２ほか）を実現する。実現される要素のうち情報の記憶手段の態様は自由で、記憶部７上のファイルなど任意のデータ形式で実現できるほか、ネットワーク・コンピューティング（クラウド）によるリモート記憶などでもよい。

また、記憶手段は、データの格納領域だけでなく、データの入出力や管理などの機能を含んでもよい。また、本出願に示す記憶手段の単位は説明上の便宜によるもので、適宜、構成を分けたり一体化できるほか、明示する記憶手段以外にも、各手段の処理データや処理結果などを記憶する記憶手段を適宜用いるものとする。

記憶手段のうち、インデックス記憶手段１５は、ピアツーピア型の情報通信ネットワーク上で制御装置Ｃ同士が通信するためのインデックス情報を記憶している手段であるが、ピアツーピア型の情報通信ネットワークの実現手法自体は従来と共通でよいので詳細は省略する。

なお、図中（例えば図１）の矢印は、データや制御などの流れについて主要な方向を補助的に示すもので、他の流れを否定するものでも、方向の限定を意味するものでもない。例えばある方向のデータ取得の前後に、データ要求や確認応答（ＡＣＫ）が逆方向に発生し得る。また、記憶手段以外の各手段は、以下に説明するような情報処理の機能・作用（例えば図１）を実現・実行する処理手段であるが、これらは説明のために整理した機能単位であり、実際のハードウェア要素やソフトウェアモジュールとの一致は問わない。

〔２．作用〕
上記のように構成された本システムのうち、本実施形態に特に関わる処理手順を図４のフローチャートに示す。
〔２−１．電力需給状況の授受と照合〕
本システムが起動すると、各制御装置Ｃではまず自装置需給計算手段２０が、対応する電気設備Ｅ（「自装置」とも呼ぶこととする）における電力需給状況を計算する（ステップＳ１１）。電力需給状況は、例えば、発電電力量から消費電力量を減じた電力や電力量で、符号がプラスなら売電可能な電力余剰の状態、符号がマイナスなら買電が不可欠な電力不足の状況を意味することが考えられるが、電力需給状況は、電力量に基づく指標値でもよい。

また、状況公開手段２１は、対応する電気設備Ｅすなわち自装置における発電量を含む電力需給状況の情報（上記の電力量や指標値自体や、それを文字列など所定の表現形式で符号化したものなど）を逐次更新すると共に他の制御装置Ｃからの要求アクセスに対し送信する（ステップＳ１２）。発電量は電力需給状況の情報に組み込まれていてよく、単独で送信される必要はない。すなわち、発電装置を含まない電気設備Ｅの電力需給状況は発電量としてゼロを含むこととなる。

電力需給状況の情報について、図１の例ではＡ宅、Ｂ宅からＦ宅までごとに「＋２」「−３」のように模式的に例示しているが、実際の数値は電力（○○ｋＷ）もしくは電力量（○○ｋＷｈ）又は他の適宜な指標を用いる。

そして、制御装置Ｃの送電決定手段１１は、発電量を含む電気設備Ｅごとの電力需給状況の情報を情報通信ネットワークＮを介して、距離が近い他の電気設備Ｅの制御装置Ｃを優先して他の制御装置Ｃと授受及び照合することにより（ステップＳ１３）、電気設備Ｅで発電された電力の電気設備Ｅ間での送電内容を決定する（ステップＳ１５）。

具体的には、制御装置Ｃの送電決定手段１１は、距離が近い順に他の制御装置Ｃの状況公開手段２１へ要求アクセスを送信し、返信される電力需給状況の情報（電力の過不足を表すので以下「過不足」とも呼ぶ）を自らの過不足と照合する（ステップＳ１３）。

他の制御装置Ｃとの距離は、図４の左側２欄に例示するように、制御装置ＣごとにＩＤ等の識別情報（ここでは例えば図１の符号「ＥＡ」「ＥＢ」)と、その制御装置Ｃの位置情報（例えば緯度、経度）とを予め用意し、自装置の位置情報と組み合わせて判定することができる。

〔２−２．送電内容の決定と送電〕
照合の結果、相手と自らの過不足の符号が逆（すなわち自らが余剰で相手が不足もしくはその逆）で過不足が解消する場合は（ステップＳ１４：「ＹＥＳ」）、所定のネゴシエーション手順を経て、余剰側の制御装置Ｃから不足側の制御装置Ｃへの送電内容を決定する（ステップＳ１５）。

過不足が解消したか否かを問わず（ステップＳ１４）、他の制御装置Ｃから得た電力需給状況は授受に際し（ステップＳ１３）、図４に例示するように他装置情報記憶手段２５に記憶する。これにより、各制御装置Ｃは、自装置において電力需給状況が記憶されている他の制御装置Ｃについては照合済と判断できる。

照合の結果、過不足の符号が同じであるなど過不足が解消されなければ（ステップＳ１４：「ＮＯ」）、次第に遠い制御装置Ｃと通信して過不足を照合し（ステップＳ１３）過不足が解消するなら（ステップＳ１４：「ＹＥＳ」）送電を決定するが（ステップＳ１５）、それでも過不足が解消しなければ（ステップＳ１４：「ＮＯ」）さらに遠い制御装置Ｃと照合する処理を行う（ステップＳ１３）。

このように通信及び照合の処理は次第に遠距離に伝搬する。なお、単一の大きな余剰を相対的に小さな複数の不足に対し分配し、又は、単一の大きな不足に対し相対的に小さな複数の余剰を束ねて送電してもよい。図１の例では、過不足が「＋２」であるＡ宅の電気設備ＥＡからは、近隣のＢ宅（電気設備ＥＢ）及びＣ宅（電気設備ＥＣ）へ「＋１」ずつ送電している。

なお、情報処理や送電制御の結果実現される情報や電力の流れがピアツーピア型であればよく、それに用いる通信や送電の物理的なネットワーク構造がピアツーピア型に限られる必要はない。また、ピアツーピア型の情報通信ネットワークＮについて、インデックス情報の持ち方その他による分類は自由である。

そして、送電制御手段１２は、送電決定手段１１により決定された送電内容に従って、送電ネットワーク設備Ｘを制御することにより、電気設備Ｅで発電された電力を電気設備Ｅ間で送電する。この制御にしたがって、区間送電路Ｒの端部に設けたスイッチング回路が接続ノードの役割を果たし、区間送電路同士や区間送電路と電気設備の接続状態を変更することにより、必要に応じて任意の電気設備間に任意の送電経路を設定できる。そして、この送電経路を通じ、電気設備Ｅで発電された電力を電気設備Ｅ間で送電する。

送電制御手段１２による送電ネットワーク設備Ｘに対する制御は、送電ネットワーク設備Ｘの各スイッチング回路ＳＷに対するものでもよいし、送電ネットワーク設備Ｘの図示しない制御装置に対するものとし、その制御装置が各スイッチング回路ＳＷを制御するのでもよい。

〔２−３．費用について〕
電気設備間の送電は、提供側のボランティアでもよいが、課金制とし、送電される電力の売買対価を決済する仲介装置を設けてもよい。課金の場合、電力は規格品であり互換性に富む種類物であることから、電力売買の仲介会社等の組織（「プロバイダ」とも呼ぶ）や上記のような仲介装置を一以上設け、各電力需要家などの当事者は任意のプロバイダを直接の売買相手として契約することができる。また、各プロバイダは売買電力をバックボーン電力系統で取引することができる。

買電／売電価格は各プロバイダで異なり、売買のお金のやりとりはプロバイダが代行して明細は月毎にまとまって提示され、その月の売買状況によって、プラス請求（入金）だったり、マイナス請求（支払い）だったりするなどが考えられる。すなわち、仲介装置は、複数の仲介事業者ごとの予め定められた電力売買単価に基づいて、仲介事業者の電気設備に係る売買電力と、予め定められたバックボーン電力系統を介した仲介事業者間の売買電力と、にそれぞれ対応する当事者の支払いもしくは受領すべき金額及び明細の情報を計算期間ごとに集計及び出力する。

このように電力を売買する場合に、本実施形態によれば、送電ロスを考慮し近いところから自動で相手方を選択し送電できるので、売買の両当事者ともに最も有利な取引が可能となる。図２の例では、Ｂ宅は−３なので購入が必要になり、近場で余剰電力があるＡ宅及びＥ宅が自動で選ばれそこから購入することとなる。なお、各自が契約しているプロバイダによって料金を自由に定めれば競争原理が働き、基本料金、売買金額のほか、付加サービスやエリアカバー率などの差別化要素による多面的な競争が促進できる。

〔３．効果〕
（１） 以上のように本実施形態では、いずれもピアツーピア型の情報通信ネットワークＮと送電ネットワーク設備Ｘを用い、発電量を含む電気設備Ｅごとの電力需給状況の情報をリアルタイムに近隣の電気設備Ｅを優先して制御装置Ｃ間で授受及び照合し、発電による余剰電力を電気設備間でピアツーピア型に送電することにより、長距離の無駄な送電ロスを削減できる。

また、地域電力会社が送配電に用いている電力系統に依存しない別個の送電ネットワーク設備Ｘを用いることで、災害等による停電などの障害時も、地域内で発電電力を直接融通できるので障害の影響を軽減できる。

（２） また、本実施形態では、ピアツーピア型の情報通信ネットワークＮを介してリアルタイムに発電量等の状況を制御装置Ｃ間で公開しておくことにより、余剰電力の提供先や提供元を探す照合を個々の制御装置Ｃで円滑に行うことができる。また、サーバや交換機にあたる一部の装置で情報を集中管理する構成と比べ、通信ネットワークや装置の一部で障害が発生してもその影響が回避できるので、耐障害性が改善できる。

（３） さらに、本実施形態では、区間送電路Ｒの端部に設けたスイッチング回路ＳＷが接続ノードの役割を果たし、区間送電路Ｒ同士や区間送電路Ｒと電気設備Ｅの接続状態を変更することにより、必要に応じて任意の電気設備Ｅ間に任意の送電経路を設定できる。このため、設備の単純化によるコスト低減に加え、障害部分の迂回により耐障害性も向上する。

〔４．他の実施形態〕
なお、上記実施形態は例示に過ぎず、本発明は、以下に例示するものやそれ以外の他の実施態様も含むものである。例えば、各態様は、明記しない他のカテゴリ（方法、プログラム、システムなど）としても把握することができ、方法やプログラムのカテゴリについては、装置のカテゴリで示した「手段」を、「処理」や「ステップ」のように適宜読み替えるものとする。また、処理やステップの順序は、本出願に直接明記のものに限定されず、順序を変更したり、一部の処理をまとめてもしくは随時一部分ずつ実行するなど、変更可能である。

また、個々の手段、処理やステップを実現、実行するコンピュータは共通でもよいし、手段、処理やステップごとにもしくはタイミングごとに異なってもよい。また、上記「手段」の全部又は任意の一部を「部」（ユニット、セクション、モジュール等）と読み替えることができる。また、本出願における構成図、データの図、フローチャートなども例示に過ぎず、各要素の有無、その配置や処理実行などの順序、具体的内容などは適宜変更可能である。

また、制御装置Ｃを構成する個々の手段を実現する態様は自由で、外部のサーバが提供している機能をＡＰＩ（アプリケーション・プログラム・インタフェース）やネットワーク・コンピューティング（いわゆるクラウドなど）で呼び出して実現するなど、本発明の構成は柔軟に変更できる。さらに、本発明に関する手段などの各要素は、コンピュータの演算制御部に限らず物理的な電子回路など他の情報処理機構で実現してもよい。

６ 演算制御部
７ 記憶部
８ 通信部
１１ 送電決定手段
１２ 送電制御手段
１５ インデックス記憶手段
２０ 自装置需給計算手段
２１ 状況公開手段
２５ 他装置情報記憶手段
Ｃ 制御装置
Ｅ（ＥＡ〜ＥＦ） 電気設備
Ｎ 情報通信ネットワーク
Ｐ 太陽電池パネル
Ｒ 区間送電路
ＳＷ スイッチング回路
Ｘ 送電ネットワーク設備

Claims (5)

1. 電気設備ごとに設けた制御装置間を接続するピアツーピア型の情報通信ネットワークと、前記各電気設備間をピアツーピア型に接続する送電ネットワーク設備と、を備えたシステムであって、
   前記制御装置は、
   発電量を含む前記電気設備ごとの電力需給状況の情報を前記情報通信ネットワークを介して、距離が近い他の電気設備の制御装置を優先して他の前記制御装置と授受及び照合することにより、前記電気設備で発電された電力の電気設備間での送電内容を決定する送電決定手段と、
   前記送電決定手段により決定された前記送電内容に従って、前記送電ネットワーク設備を制御することにより、前記電気設備で発電された電力を電気設備間で送電する送電制御手段と、
   を備えたことを特徴とするシステム。
2. 前記制御装置は、対応する前記電気設備における発電量を含む電力需給状況の情報を逐次更新すると共に他の前記制御装置からの要求アクセスに対し送信する状況公開手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記送電ネットワーク設備は、
   前記電気設備間で電力を送電するための複数の区間送電路と、
   前記区間送電路の端部に設けられ、前記区間送電路間の接続状態又は前記区間送電路と前記電気設備との接続状態の少なくとも一方を変更するスイッチング回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のシステム。
4. 電気設備ごとに設けた制御装置間を接続するピアツーピア型の情報通信ネットワークと、前記各電気設備間をピアツーピア型に接続する送電ネットワーク設備と、を備えたシステムにおける情報処理方法であって、
   前記制御装置のコンピュータが、
   発電量を含む前記電気設備ごとの電力需給状況の情報を前記情報通信ネットワークを介して、距離が近い他の電気設備の制御装置を優先して他の前記制御装置と授受及び照合することにより、前記電気設備で発電された電力の電気設備間での送電内容を決定する送電決定処理と、
   前記送電決定処理により決定された前記送電内容に従って、前記送電ネットワーク設備を制御することにより、前記電気設備で発電された電力を電気設備間で送電する送電制御処理と、
   を実行することを特徴とする情報処理方法。
5. 電気設備ごとに設けた制御装置間を接続するピアツーピア型の情報通信ネットワークと、前記各電気設備間をピアツーピア型に接続する送電ネットワーク設備と、を備えたシステムのためのコンピュータ・プログラムであって、
   前記制御装置のコンピュータを制御することにより、
   発電量を含む前記電気設備ごとの電力需給状況の情報を前記情報通信ネットワークを介して、距離が近い他の電気設備の制御装置を優先して他の前記制御装置と授受及び照合することにより、前記電気設備で発電された電力の電気設備間での送電内容を決定する送電決定処理と、
   前記送電決定処理により決定された前記送電内容に従って、前記送電ネットワーク設備を制御することにより、前記電気設備で発電された電力を電気設備間で送電する送電制御処理と、
   を実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。

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