JP5654074B2

JP5654074B2 - 電力使用量予測装置、電力使用量予測方法およびプログラム

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Publication number: JP5654074B2
Application number: JP2013069950A
Authority: JP
Inventors: 明宏小川
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014195343A

Description

本発明は、電力使用量予測装置、電力使用量予測方法およびプログラムに関する。

電力使用量の実績値に基づく予測が行われている。予測の精度を上げるべく、たとえば特許文献１では、日射量などに基づく区間潮流の近似式を用いている。

特開２０１２−４４７４０号公報

しかしながら、家庭などにおける電力使用量の変動は、天候以外にも需要家の行動特性によるところが大きく、日射量などを用いても予測精度が上がらないことがある。

本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、需要家の電力使用量を精度よく予測することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、需要家による電力使用量の予測を行う装置であって、前記需要家に設置された複数のブレーカのそれぞれについて単位時間ごとの前記電力使用量の実績値を記憶する電力使用量記憶部と、予測対象の１つの前記ブレーカについての前記電力使用量を目的変数とし、過去の前記単位時間における前記複数のブレーカのうちの２つ以上についての前記実績値を説明変数とする予測モデルを記憶する予測モデル記憶部と、前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記予測モデルに基づいて前記説明変数の係数を推計する推計部と、前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記推計した係数を前記予測モデルに適用して前記予測対象の１つのブレーカについての前記電力使用量の予測値を算出する予測部と、を備えることとする。

また、本発明の電力量予測装置では、前記予測部は、前記需要家に設置される前記ブレーカのそれぞれを前記予測対象のブレーカとして、前記予測対象のブレーカの前記電力使用量の予測値を算出し、算出した前記電力使用量を合計して前記需要家による前記電力使用量の予測値を算出するようにしてもよい。

また、本発明の電力量予測装置では、前記予測部は、現時点が含まれる前記単位時間の次の単位時間である第１の単位時間について、前記予測対象のブレーカについての前記電力使用量の予測値を算出するとともに、前記第１の単位期間についての前記電力量の予測値と、前記電力使用量の実績値および前記係数とを前記予測モデルに適用して、前記第１の単位時間の次の第２の単位時間についての前記電力使用量の予測値を算出するようにしてもよい。

また、本発明の他の態様は、需要家による電力使用量の予測を行う方法であって、コンピュータが、前記需要家に設置された複数のブレーカのそれぞれについて単位時間ごとの前記電力使用量の実績値を記憶するステップと、予測対象の１つの前記ブレーカについての前記電力使用量を目的変数とし、過去の前記単位時間における前記複数のブレーカのうちの２つ以上についての前記実績値を説明変数とする予測モデルを記憶するステップと、前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記予測モデルに基づいて前記説明変数の係数を推計するステップと、前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記推計した係数を前記予測モデルに適用して前記予測対象の１つのブレーカについての前記電力使用量の予測値を算出するステップと、を実行することとする。

また、本発明の他の態様は、需要家による電力使用量の予測を行うためのプログラムであって、コンピュータに、前記需要家に設置された複数のブレーカのそれぞれについて単位時間ごとの前記電力使用量の実績値を記憶するステップと、予測対象の１つの前記ブレーカについての前記電力使用量を目的変数とし、過去の前記単位時間における前記複数のブレーカのうちの２つ以上についての前記実績値を説明変数とする予測モデルを記憶するステップと、前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記予測モデルに基づいて前記説明変数の係数を推計するステップと、前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記推計した係数を前記予測モデルに適用して前記予測対象の１つのブレーカについての前記電力使用量の予測値を算出するステップと、を実行させることとする。

その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、需要家の電力使用量を精度よく予測することができる。

本実施形態の電力需要予測システムの全体構成例を示す図である。分電盤１１を説明する図である。予測装置２０のハードウェア構成例を示す図である。予測装置２０のソフトウェア構成例を示す図である。実績値記憶部２１の構成例を示す図である。予測モデル記憶部２２の構成例を示す図である。予測装置２０による処理の流れを示す図である。

＝＝システム構成＝＝
以下、本発明の一実施形態に係る電力需要予測システムについて説明する。図１は、本実施形態の電力需要予測システムの全体構成例を示す図である。電力需要予測システムは、需要家１０に設置される予測装置２０を含んで構成される。

予測装置２０は、通信ネットワーク３２を介してサーバ３１と通信可能に接続され、通信路３３により計測器１２と接続される。通信ネットワーク３２は、たとえば、公衆電話回線、携帯電話回線、光ファイバー専用線、電力線、イーサネット（登録商標）などにより構築される。通信ネットワーク３２はたとえばインターネットである。通信路３３は、たとえばシリアルケーブルや無線通信路などであってもよいし、イーサネット（登録商標）や電力線、無線通信路などにより構築された通信ネットワークであってもよい。

予測装置２０は需要家１０に設置されるコンピュータである。本実施形態では、一例として、予測装置２０は電力量計にＣＰＵおよびメモリなどのコンピュータ機能を搭載させたいわゆるスマートメータであることを想定する。予測装置２０は、需要家１０ごとに設置されることを想定する。なお、図１の例では、１つの需要家１０のみが図示されているが、複数の需要家１０が存在してもよい。

需要家１０においては図２に示されるような分電盤１１が設置される。分電盤１１は、メインブレーカ１１１および安全ブレーカ１１２を備える。メインブレーカ１１１は、需要家１０において契約電流を超える電流が流れた場合に電力供給を遮断する。安全ブレーカ１１２は、分電盤から分岐された電力回路ごとに設けられるブレーカである。安全ブレーカ１１２は、たとえば、部屋ごと、あるいは設備ごとに設けることができる。たとえば部屋ごとに安全ブレーカ１１２が設けられた場合には、１つの部屋に対して流れた電流が所定値（たとえば２０アンペアなどの閾値が設定される。）を超えた場合に、安全ブレーカ１１２はその部屋への電力供給を遮断する。

計測器１２は分電盤１１に取り付けられ、メインブレーカ１１１についての電力使用量を測定するとともに、安全ブレーカ１１２ごとの電力使用量も測定する。本実施形態では、電力使用量は１時間ごとに測定するものとするが、１０分や３０分、３時間など任意の単位時間ごとに測定するようにしてもよい。なお、計測器１２が電力使用量を測定する仕組みについては公知の技術を使用するものとし、ここでの説明は省略する。

サーバ３１は、需要家１０ごとの電力需要量の予測値を管理する、たとえばパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータである。サーバ３１は、各需要家１０の予測装置２０から電力使用量の予測値を取得し、需要家１０ごとの予測値をデータベースに記憶する。需要家１０ごとの予測値を合計して全体としての電力需要を予測することが可能となり、これに基づいて発電計画を決定することができる。

本実施形態の予測装置２０は、計測器１２が測定した安全ブレーカ１１２ごとの電力使用量の実績値を記録しておき、複数の安全ブレーカ１１２の実績値に基づいて、１つの安全ブレーカ１１２の電力使用量の予測を行うとともに、安全ブレーカ１１２の電力使用量の予測値を合計して需要家１０の電力使用量の予測値を算出するものである。以下、詳細について説明する。

＝＝予測装置２０のハードウェア構成＝＝
図３は予測装置２０のハードウェア構成例を示す図である。予測装置２０は、ＣＰＵ２０１、メモリ２０２、記憶装置２０３、通信インタフェース２０４、計測器インタフェース２０５を備える。記憶装置２０３は、各種のデータやプログラムを記憶する、例えばハードディスクドライブやソリッドステートドライブ、フラッシュメモリなどである。通信インタフェース２０４は、通信ネットワーク３２に接続するためのインタフェースであり、計測器インタフェース２０５は、通信路３３に接続するためのインタフェースである。通信インタフェース２０４および計測器インタフェース２０５は、例えばイーサネット（登録商標）に接続するためのアダプタ、公衆電話回線網に接続するためのモデム、電力線に接続して電力線通信を行うためのＰＬＣ（Power Line Communication）モデム、無線通信を行うための無線通信機、シリアル通信のためのＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタやＲＳ２３２Ｃコネクタなどである。

＝＝予測装置２０のソフトウェア構成＝＝
図４は予測装置２０のソフトウェア構成例を示す図である。予測装置２０は、測定部２１１、推計部２１２、予測部２１３、実績値記憶部２１および予測モデル記憶部２２を備える。なお、測定部２１１、推計部２１２および予測部２１３は、ＣＰＵ２０１が記憶装置２０３に記憶されているプログラムをメモリ２０２に読み出して実行することにより実現される。実績値記憶部２１および予測モデル記憶部２２は、メモリ２０２および記憶装置２０３が提供する記憶領域の一部として実現される。

実績値記憶部２１は、計測器１２が測定したブレーカごとの電力使用量の測定値（実績値）を記憶する。図５は、実績値記憶部２１の構成例を示す図である。実績値記憶部２１は、日時に対応付けて、ブレーカ番号および使用量を記憶する。日時は、測定の対象となった単位時間を示す。本実施形態では、毎時正時に測定が行われるものとし、正時から次正時までの時間帯を正時の日時により表すものとする。なお、日時に代えて電力使用量の測定対象となった単位時間を表す任意の情報とすることもできる。ブレーカ番号は、安全ブレーカ１１２を特定するための情報である。本実施形態ではブレーカ番号は、１からブレーカの個数（以下Ｎ）までの整数であるものとする。図２の例の分電盤１１では安全ブレーカ１１２は８個設けられており、安全ブレーカ１１２にはそれぞれ「１」ないし「８」の番号が割り当てられる。使用量は、測定器１２が測定した、ブレーカ番号が示すブレーカについての電力使用量（ブレーカに流れた電力量）である。

測定部２１１は、安全ブレーカ１１２ごとに単位時間（１時間）あたりの電力使用量を測定する。本実施形態では、測定部２１１は測定器１２が測定した電力使用量を測定器１２から取得するものとする。たとえば、測定器１２が毎時正時に各安全ブレーカ１１２について測定した電力量の累計値を、安全ブレーカ１１２を示すブレーカ番号を付帯させて予測装置２０に送信し、測定部２１１がこれを受信することにより電力使用量を測定するようにすることができる。測定部２１１は測定した安全ブレーカ１１２ごとの電力使用量を、測定した時間帯を示す日時（たとえば、ある正時に測定が行われた場合には、当該正時の１つ前の正時を日時とすることができる。）とブレーカ番号とに対応付けて実績値記憶部２１に登録する。

推計部２１２は、ブレーカごとの電力使用量を予測するための予測モデルに含まれる係数をブレーカごとに推計する。予測モデルは、ある１つの安全ブレーカ１１２の電力使用量を目的変数とし、複数の安全ブレーカ１１２の電力使用量を説明変数とした統計モデルであり、次式（１）により表される。

ここで、ｂは予測対象となる安全ブレーカ１１２のブレーカ番号である。Ｐ_ｂ（ｔ）は時間帯ｔにおける予測対象となる安全ブレーカ１１２の使用電力量である。Ｂはブレーカ番号であり、α_Ｂ，ｘはブレーカ番号Ｂが示す安全ブレーカ１１２のｘ期前の時間帯（ｔ−ｘ）における使用電力量Ｐ_Ｂ（１−ｘ）の係数である。ｎは安全ブレーカ１１２の個数であり、図２の例ではｎ＝８である。ｋは任意の定数であり、本実施形態ではｋ＝２４を想定する。すなわち直近２４時間分の使用電力量を説明変数として予測を行うことを想定する。推計部２１２は、各ブレーカ番号Ｂ（図２の例では１ないし８）について、たとえば重回帰分析の手法により予測モデルの係数αを推計する。

予測モデル記憶部２２は、上記式（１）で表される予測モデルと、推計部２１２が推計した係数を予測モデルに適用した式（以下、予測式という。）とを記憶する。図６は予測モデル記憶部２２の構成例を示す図である。予測モデル記憶部２２は、予測モデル２２１と予測式テーブル２２２とを含む。予測モデル２２１は上記式（１）を推計部２１２による処理が可能なデータ形式で格納したものである。予測式テーブル２２２には、ブレーカ番号Ｂに対応付けて、推計部２１２が当該ブレーカ番号Ｂについて推計した係数α_Ｂ，ｘ（ｘ＝１〜ｋ）を予測モデル２２１に適用したものを予測式として記憶する。ブレーカ番号および予測式は、推計部２１２により登録される。

予測部２１３は、電力使用量を予測する。予測部２１３は、実績値記憶部２１に記憶されている直近２４時間分の電力使用量の実績値を上記予測式に適用して、次期（ｔ＋１）の電力使用量の予測値Ｐ_Ｂ（ｔ＋１）を算出するとともに、次々期以後ｔ＋ｍ期までの電力使用量の予測値Ｐ_Ｂ（ｔ＋ｘ）（ｘ＝２〜ｍ（ｍは２以上の任意の数値とすることができる。））については、予測値および実績値を予測式に適用して予測値を算出していく。また、予測部２１３は、安全ブレーカ１１２ごとの予測値を合計して、需要家１０における電力使用量の予測値を算出する。

＝＝処理＝＝
図７は、予測装置２０による処理の流れを示す図である。
測定部２１１は、計測器１２から直近の時間帯ｔにおける安全ブレーカ１１２（ｂ）ごとの電力使用量の測定値Ｐ_ｂ（ｔ）を取得し（Ｓ４０１）、取得した電力使用量Ｐｂ（ｔ）を実績値記憶部２１に登録する（Ｓ４０２）。測定部２１１は、各ブレーカｂについての電力使用量Ｐ_ｂ（ｔ）を合計して、直近の時間帯ｔにおける需要家１０の使用量の実績値Ｐｓ（ｔ）を算出する（Ｓ４０３）。

推計部２１２は、１からｍまでのｉについて以下の処理を行う。
すなわち、推計部２１２は、全ての安全ブレーカ１１２（ｂ）について、時間帯ｔ＋ｉ−１からｔ＋ｉ−ｋまでの電力使用量Ｐｂ（ｔ）を実績値記憶部２１から読み出す（Ｓ４０４）。推計部２１２は、１からｎまでのｂについて、ブレーカ番号ｂに対応する予測式を予測式テーブル２２２から読み出し（Ｓ４０５）、読み出した予測式の説明変数Ｐ_Ｂ（ｔ−１）〜Ｐ_Ｂ（ｔ−ｋ）（Ｂ＝１〜ｎ）に、電力使用量Ｐ_Ｂ（ｔ＋ｉ−１）〜Ｐ_Ｂ（ｔ＋ｉ−ｋ）を適用して、ｔ＋ｉ期の時間帯における電力使用量Ｐ_ｂ（ｔ＋ｉ）を予測する（Ｓ４０６）。

推計部２１２は、時間帯ｔ＋ｉにおける各安全ブレーカ１１２についての電力使用量Ｐ_ｂ（ｔ＋ｉ）を合計して需要家１０についての電力使用量Ｐｓ（ｔ＋ｉ）を予測する（Ｓ４０７）。

推計部２１２は、以上の処理を１からｍまで繰り返した後、時間帯ｔにおける需要家１０による電力使用量の測定値Ｐ_ｓ（ｔ）と、時間帯ｔ＋ｉ（ｉ＝１〜ｍ）についての電力使用量の予測値Ｐ_ｓ（ｔ＋ｉ）とをサーバ３１に送信する（Ｓ４０８）。

＝＝効果＝＝
以上のように、本実施形態の予測装置２０によれば、複数の安全ブレーカ１１２における電力使用量の実績に基づいて１つの安全ブレーカ１１２の電力使用量を予測することができる。安全ブレーカ１１２の間には様々な使用量の相関関係がある。たとえば、同じ部屋の異なる電器機器（たとえば空調機と電灯）であれば、部屋に人がいる場合にのみ用いられることから使用量の増減に相関があることが考えられ、客間を客人が使用した場合には、客人の使用分だけ温水器や照明などにおける電力使用量も合わせて増加するという相関が考えられる。その一方で、たとえば台所における電子レンジの使用量などは、一時的な使用量の増減であって、他の部屋の電力使用量への影響は少ないと考えられる。このように、電力の使用場所によって他の場所における電力使用量の増減への影響が異なることから、複数の安全ブレーカ１１２のそれぞれの電力使用量の実績値に応じて、ある１つの安全ブレーカ１１２の予測を行うことにより、安全ブレーカ１１２単位での電力使用量の予測精度を向上させることができる。

また、本実施形態の予測装置２０では、上記のようにして予測した安全ブレーカ１１２ごとの電力使用量の予測値を合計することにより需要家の電力使用量を予測することができる。したがって、需要家の電量使用量の予測の精度も向上することができる。

また、本実施形態の予測装置２０では、過去ｋ期分の使用量の実績値に基づいて予測を行うことができる。したがって、たとえば客間の証明が使用されてから、温水器が使用されるまでなど、使用量の増減への影響にタイムラグが発生するような場合についても考慮して予測を行うことができる。これにより、さらに精度よく電力使用量の予測を行うことができる。

また、本実施形態の予測装置２０によれば、たとえば過去２４時間分などの所定の期間における実績値に基づいて次期の電力使用量を予想するとともに、次期の電力使用量と実績値とを用いて次々期の電力使用量を予測するというように、次々期以後についても予測を行うことができる。

＝＝変形例＝＝
本実施形態では、予測装置２０は需要家１０ごとに設定されるものとしたが、これに限らず、たとえば複数の需要家１０に１つの予測装置２０を設置するようにしてもよい。

また、本実施形態では、サーバ３１は、１台のコンピュータであるものとしたが、これに限らず、複数台のサーバ３１を設置するようにしてもよいし、複数のコンピュータにより仮想的に１台または複数台のサーバ３１を構成するようにしてもよい。また、複数台のサーバ３１を階層状に設置し、エリア毎に予測装置２０からの予測値を集約するようにしてもよい。この場合、サーバ３１は、エリア別（たとえば市町村別、営業所別など）、契約種別（たとえば、従量電灯、オール電化、高圧業務用など）に予測値を集計するようにしてもよい。

また、本実施形態では、安全ブレーカ１１２ごとの電力使用量のみを説明変数としたが、天気や気温を説明変数に加えてもよい。また、メインブレーカ１１１の電力使用量を説明変数に加えるようにしてもよい。

また、本実施形態では、安全ブレーカ１１２ごとの電力使用量を予測するものとしたが、これに加えて、メインブレーカ１１１を目的変数とした予測式を推計し、メインブレーカ１１１の電力使用量（すなわち、需要家１０の電力使用量）を予測式から予測するようにしてもよい。

また、本実施形態では、測定部２１１が電力使用量の測定値Ｐ_ｂ（ｔ）を取得する度に推定部２１２が係数αの推定を行うものとしたが、これに限らず、測定部２１１による電力使用量の取得処理と、推定部２１２による係数の推定処理とは独立に行うようにしてもよい。たとえば、推定部２１２は、１日に１度、所定の時刻に係数の推定を行うようにすることもできる。

また、本実施形態では、安全ブレーカ１１２ごとの電力使用量を用いるものとしたが、コンセント別、あるいは電気機器別の電力使用量を測定できる場合には、安全ブレーカ１１２ごとの電力使用量に代えて、コンセントごとの電力使用量あるいは電気機器ごとの電力使用量を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、全ての安全ブレーカ１１２の電力使用量を説明変数として用いるものとしたが、安全ブレーカ１１２のうちの２つ以上の電力使用量を説明変数として用いればよい。また、安全ブレーカ１１２ごとに異なる組み合わせの安全ブレーカ１１２の電力使用量を説明変数とした予測モデルを用いるようにしてもよい。この場合、２つ以上の安全ブレーカ１１２の組み合わせのパターンを複数用意し、安全ブレーカ１１２のそれぞれを目的変数としてパターンごとに推計を行い、最も決定係数の大きいものを当該安全ブレーカ１１２の予測モデルとして用いるようにすることができる。

以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

１０需要家
１１分電盤
１２計測器
２０予測装置
２１実績値記憶部
２２予測モデル記憶部
３１サーバ
３２通信ネットワーク
３３通信路
２１１測定部
２１２推計部
２１３予測部

Claims

需要家による電力使用量の予測を行う装置であって、
前記需要家に設置された複数のブレーカのそれぞれについて単位時間ごとの前記電力使用量の実績値を記憶する電力使用量記憶部と、
予測対象の１つの前記ブレーカについての前記電力使用量を目的変数とし、過去の前記単位時間における前記複数のブレーカのうちの２つ以上についての前記実績値を説明変数とする予測モデルを記憶する予測モデル記憶部と、
前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記予測モデルに基づいて前記説明変数の係数を推計する推計部と、
前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記推計した係数を前記予測モデルに適用して前記予測対象の１つのブレーカについての前記電力使用量の予測値を算出する予測部と、
を備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
請求項１に記載の電力量予測装置であって、
前記予測部は、前記需要家に設置される前記ブレーカのそれぞれを前記予測対象のブレーカとして、前記予測対象のブレーカの前記電力使用量の予測値を算出し、算出した前記電力使用量を合計して前記需要家による前記電力使用量の予測値を算出すること、
を特徴とする電力使用量予測装置。
請求項１または２に記載の電力使用量予測装置であって、
前記予測部は、現時点が含まれる前記単位時間の次の単位時間である第１の単位時間について、前記予測対象のブレーカについての前記電力使用量の予測値を算出するとともに、前記第１の単位期間についての前記電力量の予測値と、前記電力使用量の実績値および前記係数とを前記予測モデルに適用して、前記第１の単位時間の次の第２の単位時間についての前記電力使用量の予測値を算出すること、
を特徴とする電力使用量予測装置。
需要家による電力使用量の予測を行う方法であって、
コンピュータが、
前記需要家に設置された複数のブレーカのそれぞれについて単位時間ごとの前記電力使用量の実績値を記憶するステップと、
予測対象の１つの前記ブレーカについての前記電力使用量を目的変数とし、過去の前記単位時間における前記複数のブレーカのうちの２つ以上についての前記実績値を説明変数とする予測モデルを記憶するステップと、
前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記予測モデルに基づいて前記説明変数の係数を推計するステップと、
前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記推計した係数を前記予測モデルに適用して前記予測対象の１つのブレーカについての前記電力使用量の予測値を算出するステップと、
を実行することを特徴とする電力使用量予測方法。
需要家による電力使用量の予測を行うためのプログラムであって、
コンピュータに、
前記需要家に設置された複数のブレーカのそれぞれについて単位時間ごとの前記電力使用量の実績値を記憶するステップと、
予測対象の１つの前記ブレーカについての前記電力使用量を目的変数とし、過去の前記単位時間における前記複数のブレーカのうちの２つ以上についての前記実績値を説明変数とする予測モデルを記憶するステップと、
前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記予測モデルに基づいて前記説明変数の係数を推計するステップと、
前記複数のブレーカのそれぞれに対応する前記電力使用量の実績値および前記推計した係数を前記予測モデルに適用して前記予測対象の１つのブレーカについての前記電力使用量の予測値を算出するステップと、
を実行させるためのプログラム。