JP5995805B2 - エネルギーを配分するための方法及びシステム - Google Patents

Description

本開示は、スマートグリッド環境において、例えば、電気エネルギーを消費、貯蔵又は供給する装置などの複数の装置にエネルギーを配分するための方法及びシステムに関する。

電気器具のようなエネルギー消費装置は、その使用、エネルギー効率又は動作サイクルの関数として電流を供給される必要がある。その一方で、単一装置の電気エネルギーの需要は連続的ではない。例えば、電気自動車のエネルギー需要は、計画された使用及び充電状態に依存する。一方、分散型発電所、特に再生可能エネルギーに基づく電源ユニットは、電力を連続的に供給することができない。むしろ、エネルギー生成は、太陽の照射又は配置可能な風力といった外部要因に依存する。したがって、それぞれの電力グリッドにおける電力供給の変動及び需要の変動の効率的な管理が望ましい。この問題は、再生可能エネルギー源が電力システムに統合されたときに、ますます切迫したものとなる。

一般に、分散型エネルギー源の可用性と、エネルギーを供給される、例えば電気装置などの消費プロファイルとを考慮に入れた費用関数を定義することができる。エネルギー需要家、エネルギー発生装置及び貯蔵能力の最も効率的な使用を得るために、このような大域的費用関数を最適化して、そのような複雑なエネルギー分配システムに含まれる装置の動作のための適切なプロファイルを得るようにすることが必要とされる。費用関数を最適化するための計算努力は、スマートグリッド・ネットワーク内に含まれる装置の数に応じて増大する。費用関数を最小化するのに要する計算リソース及び通信リソースは、関与する装置についての付加的な特性を考慮に入れると複雑度を増す。例えば、現代の装置は、電気エネルギー源、エネルギー貯蔵及び／又はエネルギー・シンク、すなわち電気需要家として作用し得る。

本開示の態様は、エネルギーを配分するための改善された方法及び改善されたエネルギー配分システムを提供することである。

本発明の第１の態様により、複数の装置にエネルギーを配分するための方法が開示される。各装置は、エネルギーを消費し、貯蔵し、及び／又は供給するように適合されたものとすることができる。この方法は、
各装置を装置グループに割り当てるステップと、
集約ノード装置を各装置グループに割り当てるステップと、
選択された装置について、所定のタイムスロットに関する装置の局所的電力費用関数及び／又は装置の電力使用量プロファイルを、割り当てられた集約ノード装置に送信するステップと、
集約ノード装置において、受信した局所的電力費用関数及び／又は電力使用量プロファイルの関数として集約データを生成するステップと、
集約データを中央処理装置に送信するステップと、
中央処理装置において、装置に電力を配分するための大域的費用関数を集約データの関数として最適化するステップと、
を含む。

本発明の別の態様の一実施形態は、エネルギーを配分するためのシステムを提供し、このシステムは、
各装置がエネルギーを消費し、貯蔵し、及び／又は供給するように適合され、各装置が装置グループに割り当てられた、複数の装置と、
装置の各グループに割り当てられた１つの集約ノード装置と、
装置に電力を配分するための大域的費用関数を最適化するための中央処理装置と、
を含み、
装置は、割り当てられた集約ノード装置に少なくとも一時的に通信可能に結合し、集約ノード装置は、中央処理装置に少なくとも一時的に通信可能に結合する。さらに、集約ノード装置は、装置から受信したデータを集約し、該集約データを中央処理装置に送信するように適合される。

システムの実施形態において、システムは、上で規定された方法を実行するように実装される。

上述の装置は、例えば、電気装置とすることができる。具体的には、装置は、電気自動車、暖房装置、ポンプ装置、空調装置、バッテリ、フライホイール及び家庭用電化製品の群に属するものとすることができる。エネルギー需要家、エネルギー貯蔵装置又はエネルギー発生装置として作用することができる更なる電気装置を想定することができる。

エネルギーを配分するための方法及びシステムの実施形態により、装置は、グループに割り当てられる。例えば、グループは、装置の局所性によって特徴付けることができる。１つの装置グループは、例えば１つの建物内に配置することができる。各グループに集約ノード装置が割り当てられる。例えば、集約ノード装置は、通信ネットワーク上のメッセージを通じて割り当てられた装置と通信することができる。局所的電力費用関数又は電力使用量プロファイルは、装置固有データであり、これらは集約ノード装置に送信される。このことは、装置に関する内部状態情報は、集約ノード装置において集約されるのであって、中央処理装置で直ちに利用可能ではないことを意味する。むしろ、集約ノード装置に関連付けられた装置グループ全体に関する集約データが、中央処理装置で利用可能にされる。

中央処理装置は次に、集約データと、実際のエネルギー価格又は費用を与えるエネルギー小売業者からの随意的なデータとに基づいて、最適化された費用関数を計算することができる。それにより最適化パラメータを得ることができ、これは集約ノード装置を通じて装置に再分配される。連続したタイムスロットは、計画対象期間（ｔｉｍｅ ｈｏｒｉｚｏｎ）を構築し、エネルギーは、その計画対象期間にわたってシステム内の装置に効率的に配分される。この方法又はシステムの利点は、集約ノード装置を使用することによりシステム内の通信負荷が軽減されることであると考えることができる。さらに、例えば、中央処理装置、集約ノード装置及び／又は電気エネルギー装置内のコンピュータ化モジュールにおける計算努力が軽減される。本方法は、最適化された費用関数の階層型かつ分散型の計算を規定する。最低階層レベル又は階層の葉は、ユーザが管理する装置である。あらゆる装置は、割り当てられた集約ノード装置を経由して、最高階層レベルである中央処理装置で生成された最適化パラメータを受信することができる。これらのデータに基づいて、各装置は局所的費用関数を最適化することができる。

方法の実施形態において、本方法は、各装置についての最適化データを中央処理装置において生成するステップを含む。

本方法は、最適化データを、集約ノード装置を経由して装置に送信するステップをさらに含むことができる。

方法の実施形態において、本方法は、局所的電力費用関数を、装置において、最適化データの関数として最適化することをさらに含む。

方法の実施形態において、本方法は、グループの少なくとも１つの装置について、局所的電力費用関数を、割り当てられた集約ノード装置において、該少なくとも１つの装置についての最適化データの関数として最適化するステップを含む。

本方法はまた、電気装置に計算能力が設けられていない場合を取り扱うことを可能にすることもできる。この場合、割り当てられた集約ノード装置が、中央処理装置から受信した最適化データに基づいて、最適化された局所的電力費用関数を導出する計算を行うことができる。

本方法の実施形態において、局所的電力費用関数を装置において最適化するステップは、以前のタイムスロットに関する該装置の局所的電力費用関数及び／又は該装置の電力使用量プロファイルから独立している。その代わりに、装置は、最適化ステップを行うために、根又は中央処理装置によって計算された最適化パラメータを受信し、かつ、実際の電力使用量プロファイル又は局所的電力費用関数を用いる。

実施形態において、本方法は、グループの少なくとも１つの装置について、所定のタイムスロットに関する該少なくとも１つの装置の局所的電力費用関数及び／又は該少なくとも１つの装置の電力使用量プロファイルを、割り当てられた集約ノード装置に提供するステップを含む。装置が計算を行うことができないか又は最適化手順を実装するようにプログラムすることができないものである場合には、このような計算は、計算能力を有さない装置のグループが属する割り当てられた集約ノード装置によって行うことができる。

本方法の実施形態において、特定のステップは、反復的に実行、計算又は実施される。

例えば、方法の実施形態において、
所定のタイムスロットに関する装置の局所的電力費用関数及び／又は装置の電力使用量プロファイルを、割り当てられた集約ノード装置に送信するステップと、
集約データを、受信された局所的電力費用関数及び／又は電力使用量プロファイルの関数として生成するステップと、
集約データを中央処理装置に送信するステップと、
装置に電力を配分する大域的費用関数を集約データの関数として最適化するステップと、
各々の装置に関する最適化データを中央処理装置において生成するステップと、
最適化データを、集約ノード装置を経由して装置に送信するステップと、
局所的電力費用関数を最適化データの関数として最適化するステップと
が、反復的に、例えば複数の最適化サイクルにわたって行われる。その結果として、最小費用電力プロファイルを、装置において分散型手法で所定の計画対象期間にわたって計算することができる。

特定のグループへの装置の割り当てを変更することを想定することができる。それゆえ、本方法は、装置の割り当てを第１のグループから第２のグループに変更するステップを含むことができる。例えば、電気自動車は、別の集約ノード装置の位置に移動して他の集約ノード装置に割り当てられたグループ内に含まれることがある。

最適化することは、装置に電力を配分するための大域的費用関数を集約データの関数として最小化することを含むことができる。最適化についての他のゴールを想定することもできる。例えば、最小価格電力プロファイルを見いだすことが望ましい場合がある。家庭における最小化された電力費用を見いだすことを目指すこともできる。大域的費用関数を最適化は、課金するサービス提供者が提供することができる消費エネルギーについての基準曲線に近づくように導くこともできる。さらに、特定のグリッド制約が課せられ、その結果、効率的なエネルギー配分は、課金サービス提供者によって設定されるそのような制約に従わなければならないような場合がある。

別の態様の実施形態により、複数の装置にエネルギーを配分するためのコンピュータ・プログラム製品が開示される。各装置は、エネルギーを消費し、貯蔵し、及び／又は供給するように適合されており、コンピュータ・プログラム製品は、具体化されたコンピュータ可読プログラム・コードを有するコンピュータ可読ストレージ媒体を含み、コンピュータ可読プログラム・コードは、
各装置を装置グループに割り当てるステップと、
集約ノード装置を各装置グループに割り当てるステップと、
選択された装置について、所定のタイムスロットに関する装置の局所的電力費用関数及び／又は装置の電力使用量プロファイルを、割り当てられた集約ノード装置に送信するステップと、
集約ノード装置において、受信した局所的電力費用関数及び／又は電力使用量プロファイルの関数として集約データを生成するステップと、
集約データを中央処理装置に送信するステップと、
中央処理装置において、装置に電力を配分するための大域的費用関数を、集約データの関数として最適化するステップと、
を実装する、装置にエネルギーを配分するように構成されたコンピュータ可読プログラム・コードを含む。

プログラム・コードは、装置にエネルギーを配分するための方法の更なる態様又はステップを実装するように構成することができる。プログラム・コードは、システムを形成する要素間に分散させることができる。

コンピュータ・プログラム（製品）は、例えば、上述のネットワーク内で経路指定する方法の態様を実装するためのコンピュータ可読コードを含む。

提案するエネルギー配分のための方法及び／又はエネルギー配分システムの特定の実施形態は、上記のような又は以下で例示的な実施形態に関して説明される個々の又は組み合わされた特徴、方法ステップ又は態様を含むことができる。

以下で、エネルギー・リソースの配分に関する方法及び装置の実施形態を添付の図面を参照して説明する。

装置にエネルギーを配分するための方法の一実施形態を実行するように実装することができる、エネルギー配分システムの一実施形態の略図を示す。 装置にエネルギーを配分するための方法の一実施形態を実行するように実装することができる、エネルギー配分システムの別の実施形態の略図を示す。 エネルギーを配分するための方法の一実施形態に関与する方法ステップ及びデータ転送の図形表示を示す。 エネルギーを配分するための方法の別の実施形態に関与する方法ステップ及びデータ転送の図形表示を示す。 エネルギー配分方法の実施形態を実装するのに適したコンピュータ・システムに関する略図を示す。

図面内の類似の又は機能的に類似の要素には、特段の断りのない限り、同じ参照符号を割り振った。

図１は、システムの装置にエネルギーを配分するための方法の実施形態を実行するように実装することができる、エネルギー配分システムの実施形態の略図を示す。システム１は、例えば、電気エネルギーを貯蔵することができる、電気エネルギーを消費することができる、又は電気エネルギーを発生させることができる電気装置のような、複数の装置４、５、６、７を含む。図１の図中、各装置４、５、６、７は、グループ２、３に割り当てられる。２つの例示的なグループ２、３が示されている。各グループの装置２、３は、割り当てられた集約ノード装置８、９を有する。それぞれのグループ２、３の装置４、５、６、７は、それぞれのグループ２、３に割り当てられた集約ノード装置８、９に対して通信可能に結合されている。例えば、装置４、５、６、７は、それぞれの集約ノード装置８、９に無線で結合してデータ交換することができることを想定することができる。装置４、５、６、７にエネルギーを配分するためのシステム１は、集約ノード装置８、９に通信可能に結合された中央処理装置１０を含む。中央処理装置１０は、根装置と呼ぶことができる。例えば、装置４、５、６、７は、特定の計算機能又はアルゴリズムの実現を可能にする処理装置を含む。

装置４、５、６、７はまた、例えば該装置のユーザからの入力データを受信するためのインターフェースを含む。これは、右からそれぞれの装置４、５、６、７に達する破線矢印により示される。例えば、装置のユーザは、装置の使用量についての需要予測を入力することにより、該装置の予想されるエネルギー使用を指定することができる。各装置４、５、６、７に割り当てられた局所的電力費用関数が存在し得る。例えば、装置４、５、６、７は、ユーザが入力した使用量データを変換して、集約ノード装置８、９に送信されて更に処理される概略的表現にするように実装することができる。一方、中央処理装置１０は、電力目標、グリッド制約、若しくはシステム内のエネルギーの可用性に影響し得るその他のパラメータ、又は他の制約に関するデータを受信することができる。

中央サーバ又は中央コンピュータとして実装することができる中央処理装置１０は、集約ノード装置８、９から集約データを受信する。受信されたデータに基づいて、中央処理モジュール１０は、装置４、５、６、７についての最適化パラメータをもたらすことができる最適化ステップを実行する。中央処理モジュール１０は、システム１における更なる最適化が有利であると判断することができる。その場合には、最適化パラメータは、中央処理モジュール１０から集約ノード装置８、９に送られ、集約ノード装置８、９は、この最適化パラメータをそれぞれの装置４、５、６、７に分配する。各装置についての最適化パラメータ及び実際の電力使用量プロファイル又は局所的費用関数に基づいて、装置４、５、６、７は、付加的な最適化ステップを実行する。それゆえ、全ての装置を含むシステム１の全体的な最適化は、分散型で行われる。その結果、システム１は、電力目標に関して最適化された分散型電力プロファイルを見いだす。

装置にエネルギーを配分するための方法及びシステムの実施形態により、離散的なタイムスロットを含む計画対象期間Ｔを仮定する。そして費用関数ｃは、電力プロファイルｐ∈Ｒ^Ｔに関連する。費用関数ｃは、計画対象期間にわたるエネルギー又は電力の費用を設定する電力会社により指定することができる。大域的電力ドメインＤ⊆Ｒ^Ｔは、全ての実行可能電力プロファイルから成る。費用関数ｃは、所望の最適化プロセスに従って定義することができる。例えば、ｃは、予測されるエネルギーの価格を表すものとすることができる。

システムの装置は、ｄで表すことができ、ここで全装置が装置プールＶを形成する。従って、ｄ∈Ｖである。局所的電力費用関数ｃ_ｄを各装置に割り当てることができる。すなわち、ｃ_ｄ：Ｖ→Ｒ^Ｔである。装置ｄについての局所的電力費用は、例えば装置のユーザにより指定される。局所的電力ドメインＤ_ｄ⊆Ｒ^Ｔは、その装置ｄについての全ての実行可能電力プロファイルを含む。すなわち、

であり、ここで、ｕ／ｌの上付き文字は、装置ｄの消費電力（Ｐ）及びエネルギー（Ｅ）の上限及び下限を表す。

ここで、最適化プロセスは、制約：

の下で、分散可能な電力プロファイル、

を見いだすことを目指す。

上で示したような最適化タスクは、ここで階層的に解くことが可能であり、ノード又は装置によって分散させることができる。局所的電力費用関数ｃ_ｄは、例えば、装置のユーザ及び局所的電力ドメインＤ_ｄにより指定することができる。

図２は、エネルギー配分方法及びシステムの別の実施形態の略図を示す。このシステムは、図１に示されたのと同様のアーキテクチャを有する。ローマ数字Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩにより示される３つのレベル又は階層が存在する。最高レベルＩには、中央処理装置又はユニット１０が描かれている。中央処理ユニット１０は、例えば、電力目標、グリッド制約、又は集約された電力プロファイルに対するその他の制約のようなパラメータを受信する。中央又は根処理モジュール１０は、システム全体に関する情報及びデータを生成する。ネットの階層レベルＩＩは、集約ノード装置１１、１２を含む。第３の階層レベルＩＩＩは、実際の装置４、６、１３、１４によって形成される。

図２において示されるシステム１は、装置４、１３、６、１４の２つのグループ２、３を含む。ユーザ１９は、例えば、局所的電力費用関数を指定し、これを装置４、６に入力する。装置４、６は計算能力を有するものであり、すなわちこれらはマイクロプロセッサ又は他の計算装置を備えている。例えば、装置４、６は、ユーザ１９からの入力データを集約ノード装置１１、１２における更なる処理のためにふさわしい形式にするための変換ユニット１５を含む。装置４、６はまた、局所的最適化ステップを行うための計算ユニット１６も含む。

システム１は、変換又は計算装置１５、１６のようなインテリジェント・ユニットを有さない装置を含むこともできる。これらの装置１３、１４については、関連付けられた又は割り当てられた集約ノード装置１１、１２が、エネルギー配分方法の実行中に最適化計算又は変換ステップを行う。集約ノード装置１１、１２は、装置４、６から受信したデータと、装置１３、１４がいかなる計算又は変換手段も備えていない場合にはユーザ入力１９からの直接のデータとを組み合わせるための、集約ユニット１７を含む。装置４、６、１３、１４にエネルギーを配分するために、上記のような最適化プロセスは分散方式で実行される。

各装置は、階層レベルに従い、次に高いレベルの装置から最適化パラメータを受信する。例えば、装置４、１３、６、１４は、集約装置１１、１２から最適化パラメータを受信する。集約装置１１、１２は、中央処理装置１０からグループ最適化データを受信する。図２のシステム１がエネルギー配分方法に従って動作するときに関与するプロセス又はデータ・フローを図３及び図４に示す。

図３は、変換及び計算モジュール１５、１６の点で計算能力手段を含む装置４、６が関与する場合のデータ及びプロセス・フローに関する。図４は、計算装置又は内部プロセスを有していない装置１３、１４が関与する場合のデータ・フロー又はプロセス・フローを示す。

最初に図３を参照すると、中央処理ユニット１０と、１つの集約ノード装置１１と、装置４、２１とに関する階層レベルが示される。中央処理装置又は根ノード１０は、装置の全グループに関する情報を有する。それゆえ、中央処理装置１０は、最適化ステップを実行し、この内部状態情報を、集約ノード装置１１を介して全ての装置と共有する。集約ノード装置１１は、中央処理モジュール又は装置１０からの内部状態情報を、集約ノード装置１１に関連付けられたグループの装置４、２１に分配する。

図３には明示されていないが、中央処理モジュール又は装置１０は、装置グループに関する同様の情報を、システム内に存在し得る他の集約ノード装置に送信する。局所的電力費用又は装置能力に基づいて、各装置４、２１は、中央処理モジュールからの内部状態情報を用いて、最適化された局所的費用関数を計算する。すなわち、それぞれの装置４、２１の電力プロファイル及び受信した電力最適化パラメータを含めた局所的最適化ステップが行われる。それぞれの電力プロファイルは、次いで内部状態情報として集約ノード装置１１に送信される。次に、集約ノード装置１１は、データを集約し、装置グループ、すなわち装置４及び２１に関する内部状態情報を中央処理装置１０に送信する。再び、大域的最適化ステップが中央処理装置１０により実行される。最初の最適化の後で必要であると考えられると別のループ又は最適化ランが実行される。

ここで図４を参照すると、オンボードに計算能力を有していない装置１３、２１が関与する場合のエネルギー配分のためのプロセス・フロー上のデータが示される。この場合も、中央処理モジュール又は装置１０は、装置グループに関する情報を集約ノード１１に提供する。集約ノード１１は、最適化された電力プロファイルを装置１３、１４に分配する。装置１３、２１は計算又は変換モジュールを有していないので、集約ノード装置１１が装置１３及び２２のために装置固有の局所的計算を行う。随意的に、装置１３、２２の自由度又は局所的電力費用に関する情報を、図２に示すようにユーザ１９から集約ノード装置１１、１２に直接入力することができる。集約ノード装置１１は、集約を実行し、装置１３、２２のグループの内部状態情報を中央処理装置１０に提供する。再び、大域的最適化が実行され、必要であると考えられるとプロセスは反復的に繰り返される。

提案するエネルギー配分のための方法及びシステムの結果として、最小費用電力プロファイルが効率的に決定される。多くの計算ステップが、装置、又は集約ノード装置内の関連付けられた計算ユニットを通じて、並列的に実行される。原則として、システムの実時間実施が可能である。特定の最適化ステップを装置又はそれぞれの集約ノード装置において局所的に実行することにより、消費に関連した情報を中央処理装置に対して明らかにする必要はなくなる。したがって、装置のユーザ又は需要家のエネルギー消費習慣に関するプライバシーが保障される。集中型システムとは対照的に、階層型アーキテクチャと、グループ及び装置に関連付けられた又は割り当てられた集約ノード装置の提供とにより、送信されるメッセージの総数が削減される。最適化ステップを反復的に実行することにより、非常に効率的な最適化を行うことができる。

説明した例は、装置と中央根との間の３つの階層レベルを示している。装置から中央根までの間の経路内により多くのレベル、例えば複数の集約ノードが存在することを想定することができる。

コンピュータ化された装置は、本明細書で説明された本発明の実施形態を実装するように、適切に設計することができる。この点で、本明細書で説明された方法は、主として非対話型であり自動化されていることを認識することができる。例示的な実施形態において、本明細書で説明された方法は、対話型システム、部分的に対話型のシステム、又は非対話型システムで実装することができる。本明細書で説明された方法は、ソフトウェア（例えば、ファームウェア）、ハードウェア、又はその組み合わせで実装することができる。例示的な実施形態において、本明細書で説明された方法は、適切なデジタル処理装置により実行される実行可能なプログラム又はプログラム・モジュールとして、ソフトウェアで実装される。更なる例示的な実施形態において、図１−図４に関して例証した上記の方法の少なくとも１つのステップ又は全てのステップは、適切なデジタル処理装置により実行される実行可能プログラムとして、ソフトウェアで実装することができる。より一般的には、本発明の実施形態は、パーソナル・コンピュータ、ワークステーションなどのような汎用デジタル・コンピュータが用いられる場合に実装することができる。例えば、前述した集約ノード装置及び／又は中央処理装置は、コンピュータ化されたシステムとして実装することができる。

例として、図５において示されるシステム１００は、コンピュータ化されたユニット１０１、例えば、汎用コンピュータを概略的に示す。例示的な実施形態において、ハードウェア・アーキテクチャの観点から、ユニット１０１は、図５に示されるように、プロセッサ１０５と、メモリ・コントローラ１１５に結合したメモリ１１０と、ローカル入力／出力コントローラ１３５を介して通信可能に結合した１つ又は複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置１４０、１４５、１５０、１５５（又は周辺装置）とを含む。入力／出力コントローラ１３５は、当該技術分野において公知のように、１つ若しくは複数のバス、又は他の有線若しくは無線接続とすることができるが、これらに限定されるものではない。入力／出力コントローラ１３５は、簡略にするために省略されているが、通信を可能にするための、コントローラ、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、中継器、及び受信機のような付加的な要素を有することができる。さらに、ローカル・インターフェースは、前述のコンポーネント間の適切な通信を可能にするための、アドレス接続、制御接続、及び／又はデータ接続を含むことができる。

プロセッサ１０５は、ソフトウェア、特にメモリ１１０内に格納されたソフトウェアを実行するためのハードウェア装置である。プロセッサ１０５は、いずれかの特注又は市販のプロセッサ、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、コンピュータ１０１に関連付けられたいくつかのプロセッサの中の補助プロセッサ、半導体ベースのマイクロプロセッサ（マイクロチップ又はチップ・セットの形態）、又はソフトウェア命令を実行するためのおよそあらゆる装置とすることができる。

メモリ１１０は、揮発性メモリ要素（例えば、ランダム・アクセス・メモリ）及び不揮発性メモリ要素のいずれか１つ又は組み合わせを含むことができる。さらに、メモリ１１０は、電子、磁気、光、及び／又は他の型式のストレージ媒体を組み込むことができる。メモリ１１０は、種々のコンポーネントが互いに離れた位置に存在するが、プロセッサ１０５によりアクセスすることができる、分散型アーキテクチャを有することができることに留意されたい。

メモリ１１０内のソフトウェアは、その各々が論理機能を実装するための実行可能命令の順序付けられたリストを含む、１つ又は個別のプログラムを含むことができる。図５の例において、メモリ１１０内のソフトウェアは、本明細書において例示的な実施形態に従って説明された方法と、適切なオペレーティング・システム（ＯＳ）１１１とを含む。ＯＳ１１１は、本質的に、本明細書（例えば、図３及び図４）で説明した方法のような他のコンピュータ・プログラムの実行を制御し、かつ、スケジューリング、入力・出力制御、ファイル及びデータ管理、メモリ管理、及び通信制御並びに関連サービスを提供する。例えば、インターフェース１は、ＯＳ１１１において具体化することができる。

本明細書で説明された方法は、ソース・プログラム、実行可能プログラム（オブジェクト・コード）、スクリプト、又は実行される命令セットを含む他のいずれかのエンティティの形を取ることができる。ソース・プログラムの形を取る場合、プログラムは、それ自体が公知のコンパイラ、アセンブラ、インタープリタ等により変換される必要があり、これらのコンパイラ、アセンブラ、インタープリタ等は、メモリ１１０内に含まれる場合も含まれない場合もあり、ＯＳ１１１と関連して適切に動作するようになっている。さらに、本方法は、データ及びメソッドのクラスを有するオブジェクト指向プログラミング言語として記述することもでき、又は、ルーチン、サブルーチン、及び／又は関数を有する手続き型プログラミング言語として記述することもできる。

可能であれば、従来型のキーボード１５０及びマウス１５５を入力／出力コントローラ１３５に結合することができる。他のＩ／Ｏ装置１４０−１５５は、センサ（特に、ネットワーク要素の場合）、すなわち、温度又は圧力のような物理状態（監視されるべき物理データ）の変化に対する測定可能な応答を生成するハードウェア装置を含むことができる。典型的には、センサにより生成されたアナログ信号は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル化されて、更なる処理のためにコントローラ１３５に送信される。センサ・ノードは、理想的には、小型で消費エネルギーが低く、自律的で無人で動作するものである。

加えて、Ｉ／Ｏ装置１４０−１５５は、入力と出力の両方を通信する装置を更に含むことができる。システム１００は、ディスプレイ１３０に結合したディスプレイ・コントローラ１２５を更に含むことができる。例示的な実施形態において、システム１００は、ネットワーク１６５に結合するためのネットワーク・インターフェース又は送受信機１６０を更に含むことができる。

ネットワーク１６５は、ユニット１０１と外部システムとの間でデータを送受信する。ネットワーク１６５は、可能であれば無線方式で、例えば、ＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘなどのような無線プロトコル及び技術を用いて実装される。ネットワーク１６５は、固定無線ネットワーク、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、無線広域ネットワーク（ＷＡＮ）、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）、仮想私設ネットワーク（ＶＰＮ）、イントラネット、又は他の適切なネットワーク・システムとすることができ、信号を送受信するための機器を含む。

ネットワーク１６５はまた、ユニット１０１といずれかの外部サーバ、クライアントなどとの間でのブロードバンド接続による通信のためのＩＰベースのネットワークとすることができる。例示的な実施形態において、ネットワーク１６５は、サービス・プロバイダにより管理されるマネージドＩＰネットワークとすることができる。これ以外に、ネットワーク１６５は、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットなどのようなパケット交換ネットワークとすることができる。

ユニット１０１がＰＣ、ワークステーション、インテリジェント・デバイスなどである場合、メモリ１１０内のソフトウェアは、基本入力出力システム（ＢＩＯＳ）をさらに含むことができる。コンピュータ１０１の起動時にＢＩＯＳを実行することができるように、ＢＩＯＳはＲＯＭ内に格納される。

ユニット１０１の動作時に、プロセッサ１０５は、メモリ１１０内に格納されているソフトウェアを実行するように構成され、メモリ１１０との間でデータを通信するように構成され、及びソフトウェアに従ってコンピュータ１０１の動作を一般に制御するように構成される。本明細書で説明される方法及びＯＳ１１１は、全体又は一部がプロセッサ１０５により読み出され、典型的にはプロセッサ１０５内にバッファされ、その後、実行される。本明細書において（例えば、図３又は図４を参照して）説明される方法がソフトウェアとして実装される場合、方法は、いずれかのコンピュータ関連システム又は方法による又はそれらと関連した使用のためのストレージ１２０のような任意のコンピュータ可読媒体上に格納することができる。

当業者により認識されるように、本発明の態様は、システム、方法又はコンピュータ・プログラム（製品）として具体化することができる。従って、本発明の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、又はソフトウェアの態様とハードウェアの態様とを組み合わせた実施形態の形態をとることができる。さらに、本発明の態様は、具体化されたコンピュータ可読プログラム・コードを有する、（１つ又は複数のコンピュータ可読媒体内に具体化された）コンピュータ・プログラム（製品）の形態をとることができる。

１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを用いることができる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体又はコンピュータ可読ストレージ媒体とすることができる。コンピュータ可読ストレージ媒体は、例えば、これらに限定されるものではないが、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、若しくは半導体のシステム、装置、若しくはデバイス、又は上記のもののいずれかの適切な組み合わせとすることができる。コンピュータ可読ストレージ媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）として、１つ又は複数の配線を有する電気的接続、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュ・メモリ）、光ファイバ、ポータブル・コンパクト・ディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、磁気記憶装置、又は上記のもののいずれかの適切な組み合わせが挙げられる。本明細書の文脈において、コンピュータ可読ストレージ媒体は、命令処理システム、装置若しくはデバイスによって又はこれらと関連して用いるためのプログラムを収容又は格納することができる任意の有形媒体とすることができる。

コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読プログラム・コードが、例えばベースバンド内に、又は搬送波の一部としてその中に具体化された、伝搬データ信号を含むことができる。このような伝搬信号は、これらに限定されるものではないが、電磁気、光又はこれらのいずれかの適切な組み合わせを含む、種々の形態のいずれかを取ることができる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体ではなく、かつ、命令処理システム、装置若しくはデバイスによって又はこれらと関連して用いるためのプログラムを通信、伝搬、又は搬送することができる、任意のコンピュータ可読媒体とすることができる。（コンピュータ可読媒体上に具体化された）プログラム・コードは、これらに限定されるものではないが、無線、有線、光ファイバ・ケーブル、ＲＦなど、又は上記のもののいずれかの適切な組み合わせを含む、任意の適切な媒体を用いて伝送することができる。

本発明の態様のための動作を実行するためのコンピュータ・プログラム・コードは、Ｊａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのようなオブジェクト指向型プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語のような従来の手続き型プログラミング言語を含む、１つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述することができる。プログラム・コードは、完全にユニット１０１上で実行されるか、一部がその上で実行されるか、一部がユニット１０１上、及び、同様又は異なる別のユニット１０１上で実行される場合がある。

本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータ・プログラム（製品）のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して上述される。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロックは、１つ又は複数のコンピュータ・プログラム命令によって実装できることが理解されるであろう。これらのコンピュータ・プログラム命令を、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに与えて、マシンを製造し、その結果、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実装するための手段を生成するようにすることができる。

コンピュータ・プログラム命令を、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他の装置上にロードして、そのコンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、又は他の装置上で行われる一連の動作ステップによりコンピュータ実装プロセスを生成し、その結果、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実装するためのプロセスをもたらすようにすることもできる。

図面内のフローチャート及びブロック図は、本発明の種々の実施形態による、システム、方法及びコンピュータ・プログラム（製品）の可能な実装の、アーキテクチャ、機能及び動作を示す。この点に関して、フローチャート又はブロック図内の各ブロックは、指定された論理機能を実装するための１つ又は複数の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント、又はコードの一部を表すことができる。幾つかの代替的な実装において、ブロック内に記載された機能は、図面に記された順序とは異なる順序で行われることもあることにも留意すべきである。例えば、連続して図示された２つのブロックが、実際には実質的に同時に実行されることもあり、又はこれらのブロックは、関与する機能及びアルゴリズムの最適化に応じて、ときには逆順で実行されることもある。ブロック図及び／又はフローチャート図内の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフローチャート図内のブロックの組み合わせは、指定された機能又は動作を実行する専用ハードウェア・ベースのシステム、又は専用ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実装することができることにも留意されたい。

より一般的に言えば、本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができること及び均等物で置き換えることができることが当業者には理解されるであろう。さらに、多くの改変を行って、特定の状況を本発明の教示にその範囲から逸脱することなく適合させることができる。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されることを意図するものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むものである。

１：エネルギー配分システム
２、３：装置グループ
４−７：電気装置
８、９：集約ノード装置
１０：中央処理装置
１１、１２：集約ノード装置
１３、１４：処理能力を有さない装置
１５：変換ユニット
１６：計算ユニット
１７：集約ユニット
１８：計算ユニット
１９、２０：入力
２１：処理能力を有する装置
２２：処理能力を有さない装置
１００：システム
１０１：コンピュータ化ユニット
１０５：プロセッサ
１１０：メモリ
１１１：オペレーティング・システム
１１５：メモリ・コントローラ
１２０：ストレージ
１２５：ディスプレイ・コントローラ
１３０：ディスプレイ
１３５：コントローラ
１４０−１５５：Ｉ／Ｏ装置
１６０：送受信機
１６５：通信ネットワーク

Claims (10)

1. 複数の装置（４、５、６、７）のエネルギー配分を最適化するための方法であって、各装置（４、５、６、７）は、エネルギーを消費し、貯蔵し、及び／又は供給するように適合されており、前記方法は、
   各装置（４、５、６、７）を装置グループ（２、３）に割り当てることと、
   集約ノード装置（８、９）を前記装置グループ（２、３）の各々に割り当てることと、
   選択された装置（４、５、６、７）について、所定のタイムスロットに関する前記装置（４、５、６、７）の固有の予測される電気エネルギー価格を表す局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）及び／又は前記装置（４、５、６、７）の予想される電気エネルギー使用量を定める電力使用量プロファイルを、前記割り当てられた集約ノード装置（８、９）に送信することと、
   前記集約ノード装置（８、９）において、受信した前記局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）及び／又は電力使用量プロファイルの関数として、前記集約ノード装置（８、９）に関連付けられた前記装置グループ（２、３）の内部状態情報を生成する集約により、集約データを生成することと、
   前記集約データを中央処理装置（１０）に送信することと、
   前記中央処理装置（１０）において、前記装置（４、５、６、７）に電力を配分するための全ての前記装置（４、５、６、７）を含むシステム全体の電気エネルギー価格を表す大域的費用関数を、前記集約データの関数として最小化することにより最適化することと、
   前記最適化することにより前記各装置（４、５、６、７）についての最適化データを前記中央処理装置（１０）において生成することと、
   前記集約ノード装置（８、９）を経由して前記最適化データを前記装置（４、５、６、７）に送信することと、
   を含む、方法。
2. 前記局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）を、前記装置（４、５、６、７）において、前記最適化データの関数として最小化することにより最適化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. グループ（２、３）の少なくとも１つの装置（１３、１４）について、前記局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）を、前記割り当てられた集約ノード装置（１１、１２）において、前記少なくとも１つの装置（１３、１４）についての前記最適化データの関数として最小化することにより最適化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. グループ（２、３）の少なくとも１つの装置（１３、１４）について、所定のタイムスロットに関する前記少なくとも１つの装置（１３、１４）の前記局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）及び／又は前記少なくとも１つの装置（１３、１４）の前記電力使用量プロファイルを、前記割り当てられた集約ノード装置（１１、１２）に提供することをさらに含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載に方法。
5. 装置（４、５、６、７）の割り当てを第１のグループから第２のグループに変更することをさらに含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 所定のタイムスロットに関する前記装置（４、５、６、７）の前記局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）及び／又は前記装置（４、５、６、７）の前記電力使用量プロファイルを、前記割り当てられた集約ノード装置（８、９）に送信するステップと、
   前記集約データを、受信した前記局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）及び／又は電力使用量プロファイルの関数として生成するステップと、
   前記集約データを中央処理装置（１０）に送信するステップと、
   前記装置（４、５、６、７）に電力を配分するための前記大域的費用関数を、前記集約データの関数として最小化することにより最適化するステップと、
   前記各装置（４、５、６、７）についての前記最適化データを前記中央処理装置（１０）において生成するステップと、
   前記最適化データを、前記集約ノード装置（８、９）を経由して前記装置（４、５、６、７）に送信するステップと、
   前記局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）を前記最適化データの関数として最小化することにより最適化するステップと
   が反復的に行われる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
7. エネルギー配分を最適化するためのシステム（１）であって、
   各装置（４、５、６、７）がエネルギーを消費し、貯蔵し、及び／又は供給するように適合され、各装置（４、５、６、７）が装置グループ（２、３）に割り当てられた、複数の装置（４、５、６、７）と、
   前記装置（４、５、６、７）の各グループ（２、３）に割り当てられた１つの集約ノード装置（８、９）であって、選択された装置（４、５、６、７）について、所定のタイムスロットに関する前記装置（４、５、６、７）の固有の予測される電気エネルギー価格を表す局所的電力費用関数（ｃ _ｄ ）及び／又は前記装置（４、５、６、７）の予想される電気エネルギー使用量を定める電力使用量プロファイルを受信し、受信した前記局所的電力費用関数（ｃ _ｄ ）及び／又は電力使用量プロファイルの関数として、当該集約ノード装置（８、９）に関連付けられた前記装置グループ（２、３）の内部状態情報を生成する集約により、集約データを生成する、集約ノード装置（８、９）と、
   前記装置（４、５、６、７）に電力を配分するための全ての前記装置（４、５、６、７）を含むシステム全体の電気エネルギー価格を表す大域的費用関数を前記集約データの関数として最小化することにより最適化するための中央処理装置（１０）であって、前記最適化することにより前記各装置（４、５、６、７）についての最適化データを生成し、前記集約ノード装置（８、９）を経由して前記最適化データを前記装置（４、５、６、７）に送信する中央処理装置（１０）と、
   を含み、
   前記装置（４、５、６、７）は、前記割り当てられた集約ノード装置（８、９）に少なくとも一時的に通信可能に結合し、前記集約ノード装置（８、９）は、前記中央処理装置（１０）に少なくとも一時的に通信可能に結合し、前記集約ノード装置（８、９）は、前記集約データを前記中央処理装置（１０）に送信するように適合される、
   システム（１）。
8. 前記システム（１）は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法を実行するように実装される、請求項７に記載のシステム（１）。
9. 前記装置は、電気自動車、暖房装置、ポンプ装置、空調装置、バッテリ、フライホイール、及び家庭用電化製品のグループに少なくとも属する、請求項７又は請求項８に記載のシステム。
10. 複数の装置（４、５、６、７）のエネルギー配分を最適化するためのコンピュータ・プログラムであって、各装置（４、５、６、７）は、エネルギーを消費し、貯蔵し、及び／又は供給するように適合されており、前記コンピュータ・プログラムは、コンピュータ可読プログラム・コードを含み、前記コンピュータ可読プログラム・コードは、
    各装置（４、５、６、７）を装置グループ（２、３）に割り当てるステップと、
    集約ノード装置（８、９）を前記装置グループ（２、３）の各々に割り当てるステップと、
    選択された装置（４、５、６、７）について、所定のタイムスロットに関する前記装置（４、５、６、７）の固有の予測される電気エネルギー価格を表す局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）及び／又は前記装置（４、５、６、７）の予想される電気エネルギー使用量を定める電力使用量プロファイルを、前記割り当てられた集約ノード装置（８、９）に送信するステップと、
    前記集約ノード装置（８、９）において、受信した前記局所的電力費用関数（ｃ_ｄ）及び／又は電力使用量プロファイルの関数として、前記集約ノード装置（８、９）に関連付けられた前記装置グループ（２、３）の内部状態情報を生成する集約により、集約データを生成するステップと、
    前記集約データを中央処理装置（１０）に送信するステップと、
    前記中央処理装置（１０）において、前記装置（４、５、６、７）に電力を配分するための全ての前記装置（４、５、６、７）を含むシステム全体の電気エネルギー価格を表す大域的費用関数を前記集約データの関数として最小化することにより最適化するステップと、
    前記最適化するステップにより前記各装置（４、５、６、７）についての最適化データを前記中央処理装置（１０）において生成するステップと、
    前記集約ノード装置（８、９）を経由して前記最適化データを前記装置（４、５、６、７）に送信するステップと、
    を実装する、前記装置のエネルギー配分を最適化するように構成されたコンピュータ可読プログラム・コードを含む、
    コンピュータ・プログラム。

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