JP5643577B2

JP5643577B2 - 電力網制御システム

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Publication number: JP5643577B2
Application number: JP2010195577A
Authority: JP
Inventors: 山中　直明; 直明山中; 大介石井; 翔清水; 草詩山本; 隼松本
Original assignee: Keio University
Current assignee: Keio University
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: JP2012055087A

Description

本発明は、自然エネルギー、化石燃料、原子力といった多種類の電力供給源のそれぞれの性質に基づいて電力分配を決めることにより電力消費のピークを平準化することを狙った電力網の制御ネットワークの構成に関する。

従来の電力網は、火力発電所や原子力発電所などの大規模な発電所からの大容量の電力を家庭などの大量の小口のユーザーに配分することを前提としており、各家庭の太陽光発電や小型ガスタービンなどの小規模な発電源の存在を考慮して設計されていないものであった。

なお、複数の発電事業者と複数の需要家間で電力を供給するシステムとしては、特許文献１、２のものが提案されている。

特開２０００−３３３３６９号公報特開２００２−１２３５７８号公報

近年の動向として、エネルギー問題への関心の高まりにより、従来の火力・原子力発電から、再生可能エネルギーである風力、太陽光発電などに注目が集まっている。従来の火力や原子力発電を中心とした電力網では、給電能力の非常に大きいソースから多数のユーザー（シンク）に対して電力を供給するアーキテクチャをとっている。一方、これからの電力網では、風力や太陽光発電、また、各家庭の燃料電池やプラグインハイブリッド車からも電力供給が行われるため、一つ一つは小規模であるが多数のソースが多数のシンクに対して電力を供給するアーキテクチャとなる。このようなマルチソース・マルチシンクのアーキテクチャに対して、電力網を効率的に制御し、全体の電力使用量を最適化することが課題となっている。

そこで本発明は、従来考慮されていなかった電力供給源、電力消費源の性質に基づいて電力分配を行うことにより、電力網全体での電力消費の無駄、時間による消費電力のアンバランスが生じることを解決することができる電力網制御システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の電力網制御システムは、電力消費源又は電力供給源と、前記電力消費源又は前記電力供給源にそれぞれ設置されたスマートメータと、前記電力消費源又は前記電力供給源を前記スマートメータを介してメッシュ状に接続し、前記電力消費源又は前記電力供給源間の電力の伝送を行う送電網とからなる電力網を制御する電力網制御システムであって、前記スマートメータをノードとし、各ノード間を接続する通信ネットワークである制御網を有し、前記スマートメータは、前記電力消費源又は電力供給源と前記送電網との間の電力需給を制御する機能と、前記電力消費源に電力の供給要求が発生したとき又は前記電力供給源に電力の供給能力が存在するときに、必要とする電力量又は供給可能な電力量の情報を含む電力需給情報を生成し前記制御網に出力して他のスマートメータに広告する機能と、前記制御網から電力需給情報を受信した場合に、自ノードに、前記受信した電力需給情報に含まれている必要とする電力量又は供給可能な電力量に対応する供給能力又は電力需要があるか否かを判定し、供給能力又は電力需要があるときには、自ノードが供給できる電力量又は必要とする電力量の情報を含むレスポンスパケットを生成して、当該電力需給情報を生成したスマートメータに送信し、供給能力又は電力需要がないときには、前記受信した電力需給情報を隣接する他のスマートメータに送信する機能とを有し、前記レスポンスパケットを送信したスマートメータと前記電力需給情報を生成したスマートメータとの間で電力の需給を行うように制御するものである。
また、前記制御網を複数の第１の領域に分割し、該第１の領域における電力配分は、第１の領域ごとに設けられたサーバーにより集中的に制御し、前記第１の領域をさらに複数の第２の領域に分割し、該第２の領域内における電力配分は、前記スマートメータが前記電力需給情報をフラッディング広告することにより分散制御するものである。
さらに、前記電力配分は、消費電力量、供給可能電力量、及び、それぞれの電力消費源又は電力供給源の有する性質に基づいて決定されるものである。
さらにまた、前記スマートメータは、配電会社指定部と、前記配電会社指定部により設定された配電会社のユーザーからの電力需給情報のみを受信する手段を備えており、仮想的に配電会社ごとに分割された前記制御網を実現するものである。

本発明の電力網制御システムによれば、発電量・消費量だけではなく、電力供給源と電力消費先の間の距離を考慮して、電力網全体の送電ロスを最適化し、電力供給源の発電電力を最大限に有効利用することが可能となる。
また、集中制御に基づく広域的な最適化と分散制御に基づく局所的な最適化を組み合わせることにより、全体の電力使用量を最適化することができる。
さらに、管理サーバーによる時間的な電力のスケジューリングと近隣での分散的な電力の融通を行うことによって、電力消費を平準化することで、電力消費を削減することができる。
さらにまた、電力会社の発電所等からユーザー（家庭、オフィスなど）に電力供給される１：Ｎ型のツリー構造の電力網から、家庭の太陽光発電や小型ガスタービンなどの小規模な発電源といった従来考慮されていなかった電力供給源も含めたＭ：Ｎ型の新しい電力網を構築することができ、距離（ユーザーの位置）と要求電力に応じて電力供給源とユーザーの間に低コストの仮想送電線を提供することができる。

本発明の電力網制御システムの概略構成を説明するための図である。本発明の電力網制御システムの構成を示す図である。ゾーン内での電力需給情報の広告について説明するための図である。スマートメータの内部構成の一例を示す図である。ゾーンにおけるマッチング処理（ゾーン内の電力需給制御処理）の流れを示すフローチャートである。ゾーン内のリクエスト動作例を説明するための図である。エリア内での電力の融通について説明するための図である。エリアブローカーの構成の一例を示す図である。タイムスケジュールテーブルの一例を示す図である。エネルギーQoSテーブルの一例を示す図である。エリアブローカーにおいて電力の配分を決定するためのアルゴリズムの一例を示す図である。電力予約のアルゴリズムの他の例を示す図である。実際の電力網の一例を示す図である。仮想電力網を説明するための図である。スマートメータの内部構成の一例を示す図である。

図１を参照して、本発明の電力網制御システムの概略構成について説明する。
この図において、１は電力消費源（需要家）、電力供給源（発電源）、又は、電力消費源及び電力供給源の両方である家庭やオフィス（以下、「電力消費源又は電力供給源」とよぶ。なお、煩雑さを避けるために単に「家庭」とよぶこともある）である。ここで、発電源としては、太陽光発電システム、小型ガスタービン、燃料電池など各種のものがある。
各電力消費源又は電力供給源１にはスマートメータ２が備えられており、各電力消費源及び電力供給源１はスマートメータ２を介して送電網３に接続されている。
送電網３は、各電力消費源又は電力供給源１をスマートメータ２を介してメッシュ状に接続し、電力消費源又は電力供給源１間の電力の伝送を行う。なお、図示していないが、送電網３には、送電網を管理する配電会社の設備なども含まれている。

スマートメータ２は、各家庭の電力の供給や需要情報を取得して通信網に出力する機能、各家庭内設備機器の制御機能、電力源の時間軸方向での予約や家電の使用予約機能などを備えている。
前記スマートメータ２は、また、制御網４にも接続されている。制御網４は、各スマートメータ２をノードとし、各ノード間を接続する前記送電網３と同じメッシュ状に構成された通信ネットワークである。制御網４は、例えば、インターネットなどにより実現することができる。
本発明では、制御網４及びスマートメータ２からなるネットワークを用いて、電力消費源又は電力供給源１、スマートメータ２及び送電網３からなる電力網の電力供給を制御するようにしている。

図２は、本発明の電力網制御システムの構成を示す図である。
図示するように、本発明の電力網制御システムにおいては、制御対象の電力網１０（電力消費源及び電力供給源１、スマートメータ２及び送電網３からなるネットワーク）をエリアと呼ぶ広域的な複数の第１の領域２１〜２４に分割し、さらに、各エリア２１〜２４を、ゾーンと呼ぶ局所的な複数の第２の領域に分割している。図２には、エリア２２が複数のゾーン３１〜３４に分割されている様子のみを示しているが、他のエリア２１、２３及び２４も同様に複数のゾーンに分割される。ゾーンは、例えば、１０戸〜２０戸程度の領域とされ、エリアは、例えば、市町村レベルの領域とされる。
エリア２１〜２４には、それぞれ、そのエリア内の電力配分を集中的に制御するサーバーであるエリアブローカー４０が設けられている。エリアブローカー４０は例えばデータセンター内に設けられる。

このように構成された本発明の電力網制御システムにおいては、ゾーン内では各スマートメータ２が必要な電力量もしくは供給可能な電力量を広告することで分散制御により電力需給の制御を行い、エリア内では前記エリアブローカーによる集中制御により電力需給の制御を行う。なお、エリア間の電力配分が必要な場合には、エリアブローカー間で調整を行う。

まず、ゾーン内の電力需給の制御方法について説明する。
各家庭（電力消費源又は電力供給源）１に備えられているスマートメータ２は、電力の供給可能量もしくは要求する電力消費量の情報を含む電力需給情報を自身のゾーン内に広告し、一方で、受信した広告情報に対して自身の電力需給情報に基づき応答を行う。これにより、ゾーン内では分散的に電力需要のマッチングを行うことで、中央サーバーを用いずに高速に電力使用の最適化を図るとともに、電力の長距離伝送による送電ロスを減らすことが可能になる。なお、電力需給情報には、電力が必要となる時間の制約条件に関する情報や、電力供給源の性質（制御可能か、自然環境に左右されるか、CO₂排出の有無など）に関する情報が含まれていてもよい。

図３〜図６を参照して、電力需給情報を広告することによるゾーン内の電力使用の最適化について説明する。ゾーン内最適化の目的は、ゾーン内においてローカルにマルチソースマルチシンクの最適化を行うことにより、電力の長距離伝送による送電ロスを削減することである。

図３は、ゾーン内における電力需給情報の広告の様子を示す図である。図示するように、ゾーン３０内にこのゾーンに属するスマートメータ５１〜５７が存在している。各スマートメータ５１〜５７は、自身の管理する家庭（電力消費源又は電力供給源）の電力需給情報を記述したパケット６０をゾーン３０内の隣接するスマートメータに送信する。各スマートメータ５１〜５７は、前記パケット６０を受信すると、自身の電力需給情報と受信したパケット６０に記述されている電力需給情報とのマッチングを行い、受信したパケット６０の電力需給情報を更新してフラッディングを行う。すなわち、受信パケットを送信したスマートメータ以外の全ての隣接するスマートメータに該更新した電力需給情報を記述したパケット６０を送信する。このようにすることで、一定時間後には電力需要が収束し、このゾーンに属する電力消費源又は電力供給源１間での電力の融通が行われる。同一のゾーン内のスマートメータ（ノード）間は、常時通信をしており、各スマートメータ５１〜５７は、ゾーン内の全てのスマートメータにおける電力の過不足の情報を取得することとなる。

図４は、スマートメータの内部構成の一例を示す図である。
この図に示すように、スマートメータ７０には、このスマートメータ７０内各部の制御を行うとともに、このスマートメータ７０が設けられている家庭やオフィス（電力消費源又は電力供給源）１内に設置されている設備機器とZigbeeやEthernet(登録商標)で接続され、それら設備機器の動作を制御する制御部７１、前記設備機器に接続された家庭内配電線と前記送電網３に接続され、電力の供給可能量や要求する電力消費量の情報を取得する使用状況処理部７２、及び、前記制御網４と接続する通信部７３が設けられている。スマートメータ７０は、前記使用状況処理部７２により電力の消費又は発電をモニタすると同時に、家庭内のセンサや機器に接続されている前記制御部７１により、家庭内のエネルギー状況を把握することができる。

スマートメータ７０は、自身が供給可能な、もしくは、必要とする電力量を使用状況処理部７２により把握し、通信部７３からインターネット等の制御網４を通して近隣のスマートメータに対して電力需給情報を広告する。電力需給情報を受信したスマートメータは、自身の供給可能電力量もしくは必要電力量と受信した情報とのマッチングを行い、差し引きした電力需給情報をさらに近隣に広告する。

マッチング処理の一例について図５及び図６を用いて説明する。
図５は、ゾーンにおけるマッチング処理（ゾーン内の電力需給制御処理）の流れを示すフローチャートである。この図において、ステップＳ１とＳ２は電力の供給要求を行うリクエストノード（スマートメータ）において実行される処理であり、ステップＳ３〜Ｓ７はゾーン内のリクエストノード以外のノード（スマートメータ）において実行される処理である。

ある電力消費源又は電力供給源に取り付けられたスマートメータにおいて電力の供給要求が発生すると（Ｓ１)、該スマートメータ（リクエストノード）は、フラッディングにより電力の供給先を探索する（Ｓ２）。すなわち、発生した供給要求を含む電力需給情報のパケットを生成して隣接するノードに送信する。電力供給情報は、例えば、必要とする電力量及びノードのホップ数の情報などが含まれている。
前記リクエストノードからのパケットを受信したノードは、自ノードにそのパケットに含まれている電力需要に対応する供給能力があるか否かを判定し（Ｓ３）、供給能力がある場合には、レスポンスパケットを生成して前記リクエストノードに送信する（Ｓ７）。このレスポンスパケットには、例えば、自ノードが供給できる電力量、ノードのホップ数、及び、このレスポンスパケットを送信するノード（スマートメータ）の識別番号ＳＩＤ（スマートメータＩＤ）などの情報が含まれる。

自ノードにその電力需要に対する供給能力がない場合には、電力需給情報に含まれているホップ数を＋１して（Ｓ４）、ホップ数が予め定められているホップリミット数よりも小さいか否かを判定する（Ｓ５）。ホップ数がホップリミット数よりも小さい場合には、隣接ノードに更新されたホップ数を含む電力需給情報をフラッディングする（Ｓ６）。一方、ホップ数がホップリミット数以上となったときは、フラッディングすることなく処理を終了する。

図６を用いて具体的に説明する。図６の（ａ）は各ノード間でフラッディングにより転送される電力需給情報の例を示す図であり、（ｂ）は電力需給情報がフラッディングされる様子を平面的に示す図である。

電力の供給要求が発生したスマートメータをノードＡとする。ノードＡは、隣接するノード（ノードＢ、ノードＤ）に対して電力の供給依頼（必要とする電力量の情報を含む電力需給情報）をフラッディングさせる。すなわち、ノードＡは必要とする電力量の情報を含む電力需給情報のパケットを隣接する全てのノードに送信する。図６の（ａ）には、ノードＡが必要とする電力量「-10kWh」及びノードのホップ数「1hop」を含む電力需給情報のパケット６１をノードＢとノードＤに送信している様子が示されている。
該ノードＡからのパケット６１を受信したノードＡの隣接ノード（ノードＢ、ノードＤ、・・・）は、自ノードに依頼された電力を供給する能力があるか否かを判定する。図６に示した例では、ノードＢは供給能力がないが、ノードＤは供給可能電力に余裕があり、ノードＡに電力を供給することができる。この場合は、ノードＢは、受信したパケット６１に含まれているホップ数を＋１して「2hop」とし、該＋１したホップ数が予め設定されているホップリミット数よりも小さいので、電力量「-10kWh」、ノードのホップ数「2hop」を含む電力需給情報のパケット６３をノードＡ以外の隣接ノード（ノードＣなど）に送信する。

ノードＤはノードＡが要求する10kWh以上の電力を供給する能力があるものとする。このときノードＤは、ノードＡに対して供給できる電力量「+10kWh」及びノードのホップ数「1hop」を含むレスポンスパケット６２を作成して送信する。そして、ノードＡが要求する電力量は全て供給することができたので、ノードＡから受信したパケットの隣接する他のノードへのフラッディングは行わない。
また、前記ノードＢによりフラッディングされた電力需給情報のパケット６３を受信したノードＣも、ノードＤと同様に電力に余裕があり、ノードＡが要求する電力を供給することができるものとする。このとき、ノードＣは、ノードＤと同様に、ノードＡに供給する電力量「+10kWh」、ノードのホップ数「2hop」のレスポンスパケット６４を作成して送信する。また、ノードＢから受信したパケット６３の隣接するノードへのフラッディングは行わない。

リクエストノードであるノードＡには、ノードＤからのレスポンスパケット６２とノードＣからのレスポンスパケット６４が送信されるが、ノードＡは、レスポンスパケットに含まれているホップ数がより少ないレスポンスパケット６２を選択し、該レスポンスパケット６２を選択したこと（ノードＤから10kWhの電力の供給を受けること）を示す情報を含むパケットを、ノードＤに送信するか、あるいは、ノードＤを含む全てのノードに広告する。これにより、ノードＤのスマートメータは10kWhの電力を送電網３を介してノードＡのスマートメータに供給することとなる。
上記においては、電力の供給要求が発生したスマートメータから送信される電力需給情報に応じてマッチング処理を行う場合について説明したが、電力供給能力があるスマートメータからの供給可能電力量の情報を含む電力需給情報に応じて、電力を必要とするスマートメータがレスポンスパケットを返すことによっても同様にマッチング処理が行われる。
このようにして、ゾーン内でローカルに太陽光パネルなどの発生電力を消費し、電力の長距離伝送による送電ロスを低減することができる。

なお、この実施の形態においては、ホップリミット数を設定することにより、ホップ数がある数以上、すなわち、近隣でエネルギー供給を受けられない可能性がある上限を超えた信号をフラッディングしないようにしているが、ホップリミット数を設定せず、ゾーン内の全てスマートメータからエネルギー供給を受けることができるようにしてもよい。

上述したゾーン内最適化は、ローカルでの即時マッチングを基本とするため、ゾーン内での電力需給の大幅な偏りや時間軸方向での電力使用量のばらつきを最適化することは難しい。そこで、エリアブローカーがエリア内での広域な電力需給の最適化を行う。
前述のように、各エリアには、そのエリア内の電力需給を管理し、エリア内の広域的な最適化を行うエリアブローカーが設けられている。エリアブローカーは、そのエリア内の各ゾーンの代表と定められたノード（代表ノード）と接続されている。前述のようにゾーン内の各ノード（スマートメータ）は、ゾーン内の全てのスマートメータにおける電力の過不足の情報を取得しており、代表ノードはそれらを集約したそのゾーンにおける電力の需給情報をそのエリアのエリアブローカーに通知する。エリアブローカーは、各ゾーン内で集約された電力の需給情報に基づいて、管理するエリア内のゾーンの電力の過不足を把握し、ゾーン間での電力の融通を行うことで、広域的な電力使用の最適化を図る。また、エリアブローカーは、各電力供給源や電力消費源が有する、環境負荷や環境による変動の有無、時間制約、保持時間などの特性の違い（以下、「電力QoS」という）を考慮して、各家庭のスマートメータと連携することにより、時間軸方向のスケジューリングを用いた最適化を行う。これによって、電力QoSも考慮した最適化を行うことが可能となる。

エリア内での電力の融通による電力使用量のばらつきの補正について図７を参照して説明する。
図７に示した例では、ゾーンＡ〜ゾーンＥの５つのゾーンを有するエリア２０が記載されており、各ゾーンの代表ノードがそれぞれのゾーン内で集約した電力需給情報がこのエリアを管理するエリアブローカー４０に通知される。これにより、エリアブローカー４０はエリア２０内の電力の過不足を把握することができる。なお、上記においては、各ゾーンの代表ノードのみがエリアブローカーに接続するものとしたが、各ゾーン内の複数のノードがエリアブローカー４０に接続するようにしてもよい。

ここで、図７に示すように、ゾーンＡ、ゾーンＢ及びゾーンＥが、それぞれ、35kWh、10kWh及び35kWhの電力を供給することができ、ゾーンＣは電力需要が±0kWhであり、ゾーンＤが80kWhの電力を必要としているものとする。この場合には、ゾーンＡ、ゾーンＢ及びゾーンＥからの供給可能電力量の合計が80kWhであり、ゾーンＤで必要とする電力量が80kWhであるので、エリアブローカー４０はゾーンＡ、ゾーンＢ及びゾーンＥからゾーンＤへの電力の融通を行うことを決定し、対象となる各ゾーンに対応する指示を送信する。これにより、エリア２０におけるゾーン間の電力使用量のばらつきを補正して、エリア内で電力を融通することができる。

次に、エリアブローカーによる電力の予約処理について説明する。この処理により、電力使用量の時間軸方向での最適化を行うことが可能となる。
図８はエリアブローカー４０の構成例を示す図である。
図８に示すように、エリアブローカー４０は、このエリア内の電力配分を決定する処理、電力予約処理などの各種処理を行う制御部４１、ゾーンＡ、ゾーンＢ、・・・、ゾーンＥの各ゾーンと信号の授受を行う信号受信部４２、各ゾーンにおける電力需要のスケジュール情報を記録したタイムスケジュールテーブル４３、ゾーンごとにその電力供給源から供給される電力の性質を示すエネルギーQoSテーブル４４を備えている。
ゾーンＡ〜ゾーンＥから通知される各ゾーンの電力需給情報には、電力が必要となる時間の制約条件や電力供給源の性質（電力QoS）などの情報が含まれている。前記制御部４１は、各ゾーンから通知される電力需給情報に基づいてタイムスケジュールテーブル４３及びエネルギーQoSテーブル４４を作成する。

図９は、タイムスケジュールテーブル４３の一例を示す図である。この図に示した例では、１時にゾーンＥが５kWhの電力を必要とし、２時にゾーンＡが１０kWhの電力を必要とし、３時にゾーンＢが４０kWhの電力を必要としていることを示している。
このように、タイムスケジュールテーブル４３は、時間ごとに各ゾーンで必要とされる電力の情報が記録される。

図１０はエネルギーQoSテーブル４４の一例を示す図である。
この例のエネルギーQoSテーブル４４は、ゾーンごとに、そのゾーンから供給することができる電力量を電力QoSを３種類に分類したカテゴリー別に記録したものである。図示する例では、ゾーンＡはカテゴリー１（太陽光、クリーンエネルギーなど）の供給可能量が１０kWh、カテゴリー２（蓄電池など）の供給可能量が３０kWh、カテゴリー３（自家発電などのCO₂排出量が大なもの）の供給可能量が１７０kWhであることが示されている。他のゾーンについても同様に供給可能な電力量がカテゴリー別に記録されている。なお、ここでは、電力QoSを３つのカテゴリーに分類した例を示したがこれに限られることはなく、任意の数のカテゴリーに分類することができる。

エリアブローカー４０の制御部４１は、タイムスケジュールテーブル４３及びエネルギーQoSテーブル４４を用いて、電力の配分を決定する。そして、該決定した配分に基づいて、電力の予約を行う。
エリアブローカーによる電力の予約方式としては、エリアブローカーがエリア内の各ノード（スマートメータ）に対して個別に予約の指示を行う集中管理型、あるいは、エリアブローカーがゾーンに対してゾーンに割り当てる電力量のみの指示を行い、各ゾーン内でエリアブローカーに指示された電力量を元に自律分散的に各スマートメータへの個別の予約量を決定する分散管理型のいずれであってもよい。

図１１は、エリアブローカーにおいて電力の配分を決定するためのアルゴリズムの一例を示す図である。
前記制御部４１は、まず、最初のゾーン（この場合はゾーンＡ）を選択し（Ｓ１１）、その必要としている電力量を前記タイムスケジュールテーブル４３から取得する（Ｓ１２）。
そして、そのゾーンのカテゴリー１の供給可能量を使用することで、そのゾーンが必要としている電力量を満足するか否かを判定し（Ｓ１３）、満足しているときは、カテゴリー１の供給電力を使用することに決定し、次のゾーンの処理に進む。
そのゾーンのカテゴリー１の供給可能量では必要としている電力量に不足しているとき（Ｓ１３が不足）は、そのゾーンのカテゴリー２の供給可能量を用いることにより必要としている電力量を満足するか否かを判定する（Ｓ１４）。その結果、必要としている電力量を満足するときは、カテゴリー１及びカテゴリー２の供給電力を使用することに決定し、次のゾーンに進む。

そのゾーンのカテゴリー１の供給可能量及びカテゴリー２の供給可能量によっても必要とする電力量に不足である場合（Ｓ１４が不足）には、隣接ゾーンのエネルギーQoSテーブルを参照する（Ｓ１５）。そして、該隣接ゾーンのエネルギーQoSテーブルに記録されている情報について、前記ステップＳ１３、Ｓ１４及びＳ１５の処理を行う。すなわち、隣接ゾーンがカテゴリー１又はカテゴリー２の電力を供給可能である場合にはその隣接ゾーンのカテゴリー１又はカテゴリー２の電力を使用するようにする。そして、参照する隣接ゾーンがなくなったときには、ステップＳ１６に進み、自ゾーンのカテゴリー３の供給可能量を使用することで必要とする電力量を満足するか否かを判定する。その結果、満足する場合は、次のゾーンに進み、不足である場合には、電力予約不可とする。
このようにこの実施の形態では、カテゴリー３の電力を極力使用しないようにして電力予約を行うようにしている。

図１２は、電力予約のアルゴリズムの他の例を示す図である。
この例は、電力を使用するデッドラインが存在する場合の電力QoSカテゴリーの使い方の一例を示す。例えば、乾燥機のように、翌朝までに乾燥すればよい場合であるとする。図１２に示すように、時刻ｔまでに、30kWhの電力を必要とする場合、該デッドラインの時刻ｔまでに比較的余裕がある時間帯（図中のベストエフォート時間）には、前記エネルギーQoSテーブル４４のカテゴリー１又はカテゴリー２の電力源の中から使用する電力供給源を探索し、電力供給源が決定できないうちにデッドラインに近づいてきたら（図中の優先時間になったら）、カテゴリー３の中から電力供給源を探す。
このように、この例では、デッドラインまでの時間に応じて、探索するカテゴリーを変えることにより、カテゴリー１又は２を優先して使用するようにしている。

次に、複数の配電会社が存在する場合に好適な実施の形態について図１３〜図１５を参照して説明する。図１３はこの実施の形態の実際の電力網の一例を示す図、図１４はこの実施の形態において実現される仮想電力網を説明するための図、図１５はこの実施の形態におけるスマートメータ９０の内部構成の一例を示す図である。
図１３に示すように、実際の電力網は、異なる配電会社と契約している複数のユーザーのスマートメータが同一の送電網８０に接続されている。ここで、A-1、A-2、A-3、A-4はＡ社という配電会社のユーザーのスマートメータ、B-1、B-2、B-3はＢ社という配電会社と契約しているユーザーのスマートメータ、C-1及びC-2はＣ社という配電会社と契約しているユーザーのスマートメータである。このように、この実施の形態では、送電網８０は１つで共用であるが、Ａ，Ｂ，Ｃ３社が共有して利用することができる。

図１５に示すように、この実施の形態におけるスマートメータ９０には、前述した制御部９１、使用状況処理部９２及び通信部９３に加え、フィルタ９４と配電会社指定部９５が設けられている。配電会社指定部９５は、このスマートメータ９０が備えられている電力消費源又は電力供給源のユーザーが契約している配電会社を指定する手段であり、ユーザーは自己が契約している配電会社を指定する。図示する例では、Ａ社が指定されている。フィルタ９４は、配電会社指定部９５で指定された配電会社と契約しているスマートメータ（ノード）（この例では、A-1〜A-4）からのパケットのみを通過させる。なお、このような動作をさせるためには、例えば、各ノードは送信するパケットに契約した配電会社を示すデータを付加して送信し、フィルタ９４は該配電会社を示すデータを判定してそのパケットを通過させるか否かを決定するようにする。

これにより、フラッディングされる電力需給情報のパケットは、同じ配電会社を指定しているノードの間にのみ送信され、同じ配電会社を指定しているノード間でのみマッチング処理が行われることとなる。図１５の場合ように配電会社Ａを指定している場合は、スマートメータ９０は、フィルタ９４で選択されたA-1〜A-4からの電力需給情報のマッチングを行なう。

この結果、図１４に示すように、同一の送電網８０の上に、Ａ社のユーザーのノードA-1〜A-4が接続された仮想電力網８１、Ｂ社のユーザーのノードB-1〜B-3が接続された仮想電力網８２、及び、Ｃ社のユーザーC-1及びC-2が接続された仮想電力網８３が構築されていることとなる。
このようにＡ社〜Ｃ社が各々独立に、給電と売電のバランスをとることで、トータルでもバランスがとれることとなる。
また、図１５に示すように、配電会社を指定すると、仮想網として、その電力会社のみの制御パケットを受信するので、配電会社指定部９５の指定を変更することにより、任意の配電会社より電力を購入していることにもなる。

１：家庭やオフィスなどの電力消費源又は電力供給源、２：スマートメータ、３：送電網、４：制御網、１０：電力網、２０〜２４：エリア、３０〜３４：ゾーン、４０：エリアブローカー、４１：制御部、４２：信号受信部、４３：タイムスケジュールテーブル、４４：エネルギーQoSテーブル、５１〜５７：ノード（スマートメータ）、６０，６１，６３：電力需給情報のパケット、６２，６４：レスポンスパケット、７０：スマートメータ、７１：制御部、７２：使用状況処理部、７３：通信部、８０：送電網、８１〜８３：仮想電力網、９０：スマートメータ、９１：制御部、９２：使用状況処理部、９３：通信部、９４：フィルタ、９５：配電会社指定部

Claims

電力消費源又は電力供給源と、前記電力消費源又は前記電力供給源にそれぞれ設置されたスマートメータと、前記電力消費源又は前記電力供給源を前記スマートメータを介してメッシュ状に接続し、前記電力消費源又は前記電力供給源間の電力の伝送を行う送電網とからなる電力網を制御する電力網制御システムであって、
前記スマートメータをノードとし、各ノード間を接続する通信ネットワークである制御網を有し、
前記スマートメータは、
前記電力消費源又は電力供給源と前記送電網との間の電力需給を制御する機能と、
前記電力消費源に電力の供給要求が発生したとき又は前記電力供給源に電力の供給能力が存在するときに、必要とする電力量又は供給可能な電力量の情報を含む電力需給情報を生成し前記制御網に出力して他のスマートメータに広告する機能と、
前記制御網から電力需給情報を受信した場合に、自ノードに、前記受信した電力需給情報に含まれている必要とする電力量又は供給可能な電力量に対応する供給能力又は電力需要があるか否かを判定し、供給能力又は電力需要があるときには、自ノードが供給できる電力量又は必要とする電力量の情報を含むレスポンスパケットを生成して、当該電力需給情報を生成したスマートメータに送信し、供給能力又は電力需要がないときには、前記受信した電力需給情報を隣接する他のスマートメータに送信する機能とを有し、
前記レスポンスパケットを送信したスマートメータと前記電力需給情報を生成したスマートメータとの間で電力の需給を行うように制御することを特徴とする電力網制御システム。
前記制御網を複数の第１の領域に分割し、該第１の領域における電力配分は、第１の領域ごとに設けられたサーバーにより集中的に制御し、前記第１の領域をさらに複数の第２の領域に分割し、該第２の領域内における電力配分は、前記スマートメータが前記電力需給情報をフラッディング広告することにより分散制御することを特徴とする請求項１記載の電力網制御システム。
前記電力配分は、消費電力量、供給可能電力量、及び、それぞれの電力消費源又は電力供給源の有する性質に基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載の電力網制御システム。
前記スマートメータは、配電会社指定部と、前記配電会社指定部により設定された配電会社のユーザーからの電力需給情報のみを受信する手段を備えており、仮想的に配電会社ごとに分割された前記制御網を実現することを特徴とする請求項１記載の電力網制御システム。