JP6075206B2

JP6075206B2 - 電力設備運転計画システム及びその方法

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Publication number: JP6075206B2
Application number: JP2013106561A
Authority: JP
Inventors: 寛之木原; 英介下田; 沼田　茂生; 茂生沼田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: JP2014230337A

Description

本発明は、複数施設の電力設備の運転を計画する電力設備運転計画システム及びその方法に関する。

商用の電力系統による電力供給者（以下、電力会社という）が供給する買電電力であって、蓄熱式空調システムや照明装置等の負荷装置を備える施設等の需要家に供給する買電電力をデマンド（需要電力）という。この電力会社は、供給対象の需要家の施設等において年間で最も多く使用する電力の量に応じた供給設備を用意する必要がある。
しかしながら、大規模な事故などが原因となり、電力供給者の電力系統の供給力が低下する事態が生じる場合がある。
この電力系統の供給力が低下した際、供給対象の需要家側における節電運用の一環として、買電電力の削減が要請される場合がある。

このような状況下において、需要家の施設における買電電力の削減を図る際に、電力の需要が大きい時間帯や、需要家の保有する電気設備（例えば、発電設備）を利用した電力の調整性能など、各施設の様々な特性を考慮する必要がある。
また、複数の施設を有する大口の需要家においては、買電電力の削減に有利な電気設備を積極的に利用することにより、消費電力の調整が困難な施設の買電電力の削減分を補償する工夫を行う。

また、従来の複数の施設の管理においては、個別の施設にそれぞれの電力需要の特性を考慮した節電運用の目標を課している。そして、個別の施設が与えられた目標値以内に電力消費を抑制することにより、結果的に複数施設全体の買電電力、すなわち電力供給者からの電力の供給の総和が削減される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−２３９５２８号公報

上述したように、複数施設における電力消費の統合的運用を行う場合、それぞれの施設における設備の需要電力の調整を行いつつ、全施設における需要電力の最適化が行われる。
しかしながら、統合的運用を行う施設数が多くなり、かつ各施設における設備が多い場合、個々の施設の需要電力を低下させ、統合的な需要電量を最適化するための計算が複雑化し、容易に結果を得ることは困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の施設における電力消費の統合的な最適化を容易に行うことを可能とする電力設備運転計画システム及びその方法を提供することを目的とする。

本発明の電力設備運転計画システムは、前記施設各々の需要電力に対応する予め設定された種類の第１の評価値を所定の時間毎に求め、前記複数の施設の前記第１の評価値を時間毎に合計し、この合計値がピーク値となる時間において、当該ピーク値を低減させる最適化を行い、最適化されたピーク値を制限ピーク値とするピーク調整部と、前記施設単位において、当該施設にある設備各々の需要電力の一部を時間毎に振り分けることにより、コストに関する予め設定された種類の第２の評価値に対する最適化を行うコスト調整部と、前記第２の評価値の最適化が行われた前記複数の施設の前記第１の評価値を時間毎に合計し、この最適化後の合計値が前記制限ピーク値を超えているか否かの判定を行う制限判定部とを備え、前記制限判定部は、前記最適化後の合計値が前記制限ピーク値を超えている場合、前記コスト調整部に対し、再度の最適化を行うことを指示し、前記コスト調整部は、再度の最適化が指示された場合、前記需要電力の一部を他の時間に振り分けることにより再度の最適化を行う、ことを特徴とする。

本発明の電力設備運転計画システムは、前記ピーク調整部が、前記合計値がピーク値となる時間の需要電力の一部を他の時間に振り分け、前記ピーク値を低減させる最適化を行うことを特徴とする。

本発明の電力設備運転計画システムは、前記コスト調整部が前記施設に設けられており、当該コスト調整部が、前記第２の評価値の最適化が行われた時間毎の前記第１の評価値を、前記制限判定部に対して出力することを特徴とすることを特徴とする。

本発明の電力設備運転計画方法は、複数の施設の需要電力を統合的に制御する電力設備運転計画システムを動作させる方法であり、ピーク調整部が、前記施設各々の需要電力に対応する予め設定された種類の第１の評価値を所定の時間毎に求め、前記複数の施設の前記第１の評価値を時間毎に合計し、この合計値がピーク値となる時間において、当該ピーク値を低減させる最適化を行い、最適化されたピーク値を制限ピーク値とするピーク調整過程と、コスト調整部が、前記施設単位において、当該施設にある設備各々の需要電力の一部を時間毎に振り分けることにより、コストに関する予め設定された種類の第２の評価値に対する最適化を行うコスト調整過程と、制限判定部が、前記第２の評価値の最適化が行われた前記複数の施設の前記第１の評価値を時間毎に合計し、この最適化後の合計値が前記制限ピーク値を超えているか否かの判定を行い、前記最適化後の合計値が前記制限ピーク値を超えている場合、前記コスト調整部に対し、再度の最適化を行うことを指示し、前記コスト調整部は、再度の最適化が指示された場合、前記需要電力の一部を他の時間に振り分けることにより再度の最適化を行う制限判定過程とを含むことを特徴とする。

この発明は、複数の施設の電力需要に対応する第１の評価値を所定の時間毎に合計し、この合計した需要電力のピークの時間を検出し、この検出された時間の第１の評価値を低減させる最適化を行う。そして、このピークの最適化を行った後、それぞれの施設内における予め設定された第２の評価値の最適化を、すでに算出されている複数の施設の第１の評価値の合計のピーク値が最適化された制限ピーク値を超えないように行う。これにより、この発明によれば、所定の第１の評価値のピーク値を低減させる最適化と、すでに最適化された制限ピーク値を超えないように、それぞれの施設において所定の第２の評価値の最適化を行うため、同時に複数の評価値に対応する需要電力の最適化を行う場合に比較して、複数の施設における需要電力を第１の評価値及び第２の評価値に対して、統合的な最適化を容易かつ高速に行うことを可能とすることができる。

この発明の実施形態による電力設備運転計画システム１の構成例を示す概略ブロック図である。図１における施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々の設備構成を示す図である。買電電力のピーク値の最適化を説明するグラフである。本実施形態の電力設備運転計画システム１が行う第１の評価値及び第２の評価値の２段階の最適化処理の動作例を示すフローチャートである。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、この発明の実施形態による電力設備運転計画システム１を利用した複数施設に対する統合的な需要電力の管理を説明する図である。図２において、電力設備運転計画システム１は、２個以上の複数の施設の需要電力を統合的に管理するシステムであり、需要電力に対応する第１評価値及び第２評価値を各々異なる最適化処理を行い、各施設の設備の運転計画を作成する。この電力設備運転システム１は、ピーク調整部１１、コスト調整部１２、制限判定部１３及び記憶部１４を備えている。また、電力設備運転システム１は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々における需要電力の管理を、統合的に第１の評価値及び第２の評価値を最適化して行っている。以下の実施形態の説明は、電力設備運転計画システム１が施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄを管理するとして説明する。施設Ａ、施設Ｂ及び施設Ｃの各々には、それぞれＥＭＳ（ＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ；エネルギーマネジメントシステム）１０１、ＥＭＳ１０２、ＥＭＳ１０３が設けられている。施設ＤにはＥＭＳが設けられていない。

電力設備運転計画システム１は、すでに述べたように管理下にある施設に対して、需要電力に対応する２つの評価値（第１の評価値及び第２の評価値）を２段階の最適化処理により、統合的にこの２つの評価値に対する最適化を行う。本実施形態においては、第１の評価値を需要電力における買電電力（買電電力の電力値）とし、第２の評価値を各施設における需要電力を得るための運用コストとして説明する。しかしながら、第１の評価値及び第２の評価値の各々は、本実施形態における例に限られず、例えば、ＣＯ２の排出量、総需要電力など、需要電力及び電力を得るために消費されるもののいずれに設定しても良い。

ピーク調整部１１は、制御の周期（所定幅の時間範囲、以下時間）毎、例えば１時間毎に、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々における買電電力である時間買電電力を加算し、各時間毎の買電電力の合計値である時間買電電力合計を算出する。
そして、ピーク調整部１１は、所定の第１の評価値である各時間の時間買電電力合計から最大の買電電力値である時間買電電力合計をピーク値として検出する。また、ピーク調整部１１は、この時間買電電力合計のピーク値を低減する最適化処理を線形計画法などにより行い、第１の評価値の最適化処理の結果を施設毎の時間買電電力が記述された基本施設買電電力データとして出力する。ここで、ピーク調整部１１は、最適化処理後における最適化されたピーク値を制限ピーク値として、制限判定部１３に対して出力する。

コスト調整部１２は、基本施設買電電力データを元に、個別の施設における設備を稼働させた際における所定の第２の評価値の最適化を、ピーク調整部１１と同様に線形計画法などにより行い、時間毎の買電電力が示された施設電力需要データを生成し、制限判定部１３に対して出力する。この第２の評価値の最適化は、例えば、この第２の評価値が各施設の需要電力を得るための運用コストであれば、１日におけるコスト値が低減されるように最適化を行う。また、ＣＯ_２排出量であれば電力をＣＯ_２量に換算し、このＣＯ_２排出量が低減されるように最適化を行う。また、施設の設備で使用する電力を得るための運用コストを評価値とし、運用コストが低減されるように最適化を行う。また、他に一次エネルギー消費量を低減する最適化などにも応用できる。
また、コスト調整部１２は、運用コストが最適化された時間毎の需要電力が示された施設需要電力データを、制限判定部１３に対して出力する。

上述したように、コスト調整部１２は、時間毎の電力需要を１日を通した施設の設備の運転計画を、施設買電電力データとして生成する。また、最適化は、各時間毎の設備の需要電力に対する運用コストを加算し、時間毎の施設における運用コストの合計値を求め、１日を通してこの時間毎の評価値を加算し、この最終的に得られた評価値の合計値が低減されることを意味している。また、本実施形態においては、必要な需要電力を踏まえて、運用コストの算出を１日単位を行っているが、需要電力に対して数日先の負荷予測が十分な精度で行える場合、週間毎の計画を立てるなど、１日より長い期間の最適化が可能となる。

制限判定部１３には、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々の施設買電電力データがコスト調整部１２から供給される。制限判定部１３は、供給された施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの施設買電電力データにおける買電電力値を、時間毎に加算して時間毎の買電電力合計値を得る。また、制限判定部１３は、算出した時間毎の買電電力合計値からピーク値を検出する。制限判定部１３は、検出したピーク値と、ピーク調整部１１から供給された制限ピーク値とを比較する。このとき、制限判定部１３は、買電電力合計値が制限ピーク値を超えている場合、統合的な最適化が行われなかったとして、コスト調整部１２に対して、各施設における運用コストの最適化を再度行うことを指示する。

記憶部１４は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々に対応して、所定の周期毎（例えば１日の１時間毎）の需要予測などにより求めた施設の時間買電電力、施設における負荷設備（例えば、後述する一般負荷）の各々の所定の周期毎の時間設備需要電力、施設における発電設備（例えば、後述するガスエンジン発電機）の発電能力、施設におけるエネルギ貯蔵設備（後述する蓄電設備、氷蓄熱空調システム）の蓄電能力などが記憶されている。

＜ピーク調整部１１における最適化処理＞
図２は、図１における施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々の設備構成を示す図である。図２（ａ）は、施設Ａにおける設備を示す図である。図２（ｂ）は、施設Ｂにおける設備を示す図である。図２（ｃ）は、施設Ｃにおける設備を示す図である。図２（ｄ）は、施設Ｄにおける設備を示す図である。本実施形態においては、この図２に示した施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々の設備の運転計画を策定することにより、第１の評価値である買電電力の最適化を行う。

次に、ピーク調整部１１における買電電力の電力値の最適化処理の動作の説明の前に、このピーク調整部１１が線形計画法により需要電力の制御を行う各施設の対象の設備を図２を用いて説明する。
施設Ａには、図２（ａ）に示されるように、一般負荷Ａ＿１と、蓄電設備（ＢＥＳＳ：ＢａｔｔｅｒｙＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）Ａ＿２と、氷蓄熱空調システム（ＩＳＡＣ：ＩｃｅＳｔｏｒａｇｅＡｉｒＣｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ）Ａ＿３と、ヒートポンプ空調機（ＨＰＣ：ＨｅａｔＰｕｍｐＣｈｉｌｌｅｒ）Ａ＿４とが備えられている。

一般負荷Ａ＿１は、部屋の照明、空調及びエレベータなどの負荷である。
蓄電設備Ａ＿２は、ＥＭＳ１０１の制御により、予め設定された時間に電気エネルギを蓄え、蓄えた電気エネルギを予め設定された時間に必要に応じて供給するために用いられる。蓄電設備Ａ＿２は、蓄電時に、需要電力を必要として負荷設備となる。
氷蓄熱空調システムＡ＿３は、電力が安価な夜の時間帯に、夏は氷、冬はお湯を作って蓄えておき、昼間の冷暖房を行う際に氷やお湯の温度を利用して、外調機（不図示）が取り込んだ外気を室内温度に合わせて調整する。また、氷蓄熱空調システムＡ＿３は、蓄熱を行うために需要電力を必要とするため、蓄熱時には負荷設備となる。
ヒートポンプ空調機Ａ＿４は、負荷設備であり、内部のパイプに充填された媒体の温度を上げる加熱処理、および、媒体の温度を下げる冷却処理を行い、加熱処理あるいは冷却処理された媒体の温度を利用して、外調機（不図示）が取り込んだ外気を室内温度に合わせて調整する。

施設Ｂには、図２（ｂ）に示されるように、一般負荷Ｂ＿１と、ガスエンジン（ＧＥ：ＧａｓＥｅｎｇｉｎｅ）発電機Ｂ＿２と、蓄電設備Ｂ＿３とが備えられている。
一般負荷Ｂ＿１は、一般負荷Ａ＿１と同様に、部屋の照明、空調及びエレベータなどの負荷である。
ガスエンジン発電機Ｂ＿２は、一般的に用いられているガスエンジンを用いた発電機であり、空気と燃料ガスとを混合させて燃料としてピストンを駆動させてエンジンを回転させて発電を行う。
蓄電設備Ｂ＿３は、蓄電設備Ａ＿２と同様の構成であり、ＥＭＳ１０２の制御により、予め設定された時間に電気エネルギを蓄え、蓄えた電気エネルギを予め設定された時間に必要に応じて供給するために用いられる。蓄電設備Ｂ＿３は、蓄電を行うための充電において需要電力を必要とするため、蓄電時には負荷設備となる。

施設Ｃには、図２（ｃ）に示されるように、一般負荷Ｃ＿１と、ガスエンジン発電機Ｃ＿２とが備えられている。
一般負荷Ｃ＿１は、一般負荷Ａ＿１と同様に、部屋の照明、空調及びエレベータなどの負荷である。
ガスエンジン発電機Ｃ＿２は、ガスエンジン発電機Ｂ＿２と同様に、一般的に用いられているガスエンジンを用いた発電機である。
施設Ｄには、図２（ｄ）に示されるように、一般負荷Ｄ＿１が備えられている。
一般負荷Ｄ＿１は、一般負荷Ａ＿１と同様に、部屋の照明、空調及びエレベータなどの負荷である。

次に、図３は、買電電力のピーク値の最適化を説明するグラフである。図３（ａ）は、ピーク調整部１１が記憶部１４から読み出した各施設の需要電力における時間買電電力を時間毎に加算し、時間毎の時間買電電力合計を示しており、縦軸が時間買電電力合計を示し、横軸が時間を示している。図３（ｂ）は、買電電力の最適化後の時間毎の時間買電電力合計を示しており、縦軸が時間買電電力合計を示し、横軸が時間を示している。
図３（ａ）及び図３（ｂ）の各々において、例えば１日を２４分割し、すなわち１時間単位で分割し、それぞれの分割単位に対して制御を行う周期の時間として番号を付し、０時から１時を時間番号Ｔ０とし、１時から２時を時間番号Ｔ１とし、２時から３時を時間番号Ｔ２とし、…、２２時から２３時を時間番号Ｔ２２とし、２３時から０時を時間番号Ｔ２３とし、１時間毎の時間買電電力合計を示している。

図１に戻り、ピーク調整部１１は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄにおける所定時間毎の合計を求め、この所定時間毎の合計値に基づき、時間買電電力合計のピーク値の低減を目的とし、数理計画法を用いた最適化の演算処理を行う。すなわち、ピーク調整部１１は、以下の（１）式から（７）式に示す目的関数、制御変数、制約条件に基づき、数理計画法を用いて需要電力のピーク値の低減の演算を行う。

（１）式は、目的関数であり、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの時間買電電力を、所定時間毎に（時間番号毎に）合計した時間買電電力合計の１日の所定時間におけるピーク値Ｐ_ｐｅａｋを最小化することを示している。例えば、図３（ａ）においては、時間番号Ｔ１０の時間買電電力合計がピーク値Ｐ_ｐｅａｋとして検出される。

（２）式は、制御変数を示しており、制御変数の一つとしては、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの時間買電電力を、所定時間ごとに合計した時間買電電力合計の１日の所定時間におけるピーク値Ｐ_ｐｅａｋである。また、施設Ａ、施設Ｂ及び施設Ｃの各々における電気設備の出力としての制御変数としては次に示す種類がある。制御変数Ｐ_{Ａ＿ｂｅｓｓ}（ｔ）は、施設Ａにおける蓄電設備Ａ＿２の出力を制御する変数である。制御変数Ｐ_{Ａ＿ｉｓａｃ}（ｔ）は、施設Ａにおける氷蓄熱空調システムＡ＿３の出力を制御する変数である。制御変数Ｐ_{Ａ＿ｈｐｃ}（ｔ）は、施設Ａにおけるヒートポンプ空調機Ａ＿４の出力を制御する変数である。制御変数Ｐ_Ｂ＿ｇｅ（ｔ）は、施設Ｂにおけるガスエンジン発電機Ｂ＿２の出力を制御する変数である。制御変数Ｐ_{Ｂ＿ｂｅｓｓ}（ｔ）は、蓄電設備Ｂ＿３の出力を制御する変数である。制御変数Ｐ_Ｃ＿ｇｅ（ｔ）は、施設Ｃにおけるガスエンジン発電機Ｃ＿２の出力を制御する変数である。制御変数Ｈ_{Ａ＿ｉｓａｃ}（ｔ）は、氷蓄熱空調システムＡ＿３の放熱量を制御する変数である。各制御変数において、ｔはシミュレーション期間内の時間を示し、電力を消費する方向を正とする。また、制御変数の添え字として、「Ａ＿」、「Ｂ＿」及び「Ｃ＿」の各々は、それぞれ施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃの設備であることを示している。また、制御変数の添え字として、「ｂｅｓｓ」は蓄電設備を示し、「ｉｓａｃ」は氷蓄熱空調システムを示し、「ｈｐｃ」はヒートポンプ空調機を示し、「ｇｅ」はガスエンジン発電機を示している。

（３）式は、制約条件ａであり、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの需要電力を示している。この制約条件ａは、各施設の需要電力を示している。Ｐ_Ａ（ｔ）は施設Ａの時間買電電力であり、Ｐ_Ｂ（ｔ）は施設Ｂの時間買電電力であり、Ｐ_Ｃ（ｔ）は施設Ｃの時間買電電力であり、Ｐ_Ｄ（ｔ）は施設Ｄの時間買電電力である。また、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々の時間買電電力の時間毎の合計値である時間買電電力合計である。また、Ｐ_{Ａ＿ｂｅｓｓ}（ｔ）、Ｐ_{Ａ＿ｌｏａｄ}（ｔ）、Ｐ_{Ａ＿ｉｓａｃ}（ｔ）及びＰ_{Ａ＿ｈｐｃ}（ｔ）の各々は、施設Ａにおける蓄電池Ａ＿２、一般負荷Ａ＿１、氷蓄熱空調システムＡ＿３、ヒートポンプ空調機Ａ＿４それぞれの買電電力である。また、Ｐ_{Ｂ＿ｂｅｓｓ}（ｔ）、Ｐ_{Ｂ＿ｌｏａｄ}（ｔ）、Ｐ_Ａ＿ｇｅ（ｔ）の各々は、施設Ｂにおける蓄電池Ｂ＿２、一般負荷Ｂ＿１、ガスエンジン発電機Ｂ＿２それぞれの買電電力である。また、Ｐ_Ｃ＿ｇｅ（ｔ）、Ｐ_{Ｂ＿ｌｏａｄ}（ｔ）の各々は、施設Ｃにおけるガスエンジン発電機Ｃ＿２、一般負荷Ｃ＿１それぞれの買電電力である。Ｐ_{Ｄ＿ｌｏａｄ}（ｔ）は、施設Ｄの一般負荷の買電電力である。また、Ｐ_{Ｂ＿ｌｏａｄ}（ｔ）は、施設Ａにおける、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々の時間買電電力の時間毎の合計値である時間買電電力合計である。

（４）式は、制約条件ｂであり、施設Ａにおける氷蓄熱空調システムＡ＿３及びヒートポンプ空調機Ａ＿４の熱供給の制約を示している。この（４）式において、Ｈ_{Ａ＿ｌｏａｄ}（ｔ）は施設Ａにおける氷蓄熱空調システムＡ＿３の熱需要を示している。Ｈ_{Ａ＿ｈｐｃ}（ｔ）は、ヒートポンプ空調機Ａ＿４の放熱量（消費電力と気温の関数）を示している。Ｈ_{Ａ＿ｉｓａｃ}（ｔ）は、氷蓄熱空調システムＡ＿３の放熱量（消費電力と気温の関数）を示している。

（５）式は、制約条件ｃであり、施設Ａにおける蓄電設備Ａ＿２の蓄電量の制約を示している。Ｅ_{Ａ＿ｂｅｓｓ}（ｔ）は、施設Ａの蓄電設備Ａ＿２のｂｅｓｓ蓄電量を示している。η_ｂｅｓｓ（ｔ）は、蓄電設備Ａ＿２のｂｅｓｓ充放電効率を示している。Ｅ_{ｃａｐ＿Ａ＿ｂｅｓｓ}（ｔ）は、施設Ａにおける蓄電設備Ａ＿２のｂｅｓｓ利用可能蓄電量を示している。
また、この制約条件ｃには、施設Ｂにおける蓄電設備Ｂ＿３の制約条件が示されていないが、施設Ｂの蓄電設備Ｂ＿３のｂｅｓｓ蓄電量Ｅ_{Ｂ＿ｂｅｓｓ}（ｔ）、蓄電設備Ｂ＿３のｂｅｓｓ充放電効率η_ｂｅｓｓ（ｔ）、及び蓄電設備Ｂ＿３のｂｅｓｓ利用可能蓄電量Ｅ_{ｃａｐ＿Ｂ＿ｂｅｓｓ}（ｔ）が、施設Ａの蓄電設備Ａ＿２と同様に設定されている。

（６）式は、制約条件ｄであり、施設Ａにおける空調熱源設備の氷蓄熱空調システムＡ＿３の蓄熱量の制約を示している。Ｑ_{Ａ＿ｉｓａｃ}（ｔ）は、氷蓄熱空調システムＡ＿３の蓄熱量の制約を示している。Ｇ_{Ａ＿ｉｓａｃ}（ｔ）は、氷蓄熱空調システムＡ＿３の生産熱量（消費電力と気温の関数）の制約を示している。η_ｉｓａｃ（ｔ）は、氷蓄熱空調システムＡ＿３の蓄熱効率を示している。Ｑ_{ｃａｐ＿Ａ＿ｉｓａｃ}（ｔ）は、氷蓄熱空調システムＡ＿３の蓄熱槽の定格容量を示している。

（７）式は、時間買電電力合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）の上限値Ｐ_ｐｅａｋを示すものである。時間買電電力合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）が上限値未満となり、時間買電電力合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）のピーク値が最小値となるように最適化が行われる。
すなわち、ピーク調整部１１は、上述した目的関数、制御変数及び制約条件を使用した数理計画法により、発電設備、蓄電設備、空調熱源機を用いて、時間買電電力合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}（ｔ）のピーク値を低減するように、各施設の１日における時間毎の電源設備運転計画である基本施設買電電力データを決定する。

＜コスト調整部１２における最適化処理＞
上述したピーク調整部１１における最適化は、ピーク値の低減を行うのみである。一方、このコスト調整部１２は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃの各々の施設単位において、基本施設買電電力データを元に、所定の第２の評価値に対する最適化を行う。本実施形態においては、この第２の評価値として施設の需要電力をまかなうための運用コストを設定し、各施設の運用コストが低減する最適化処理を線形計画法などにより行う。この運用コストの最適化処理においては、図３（ｂ）におけるピーク値近傍の時間番号Ｔ１０から時間番号Ｔ１２の時間帯以外の時間において運用コストを最適化する運転計画を求める。
ここで、コスト調整部１２は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃの各々において、施設の時間毎（時間番号毎）の運用コストを算出し、この運用コストの１日における合計を求め、この合計値（後述する運用ソフト合計値Ｃ_{ｔｏｔａｌ}）の低減を目的とし、数理計画法を用いた最適化の演算処理を行う。すなわち、コスト調整部１２は、以下の（８）式から（１０）式に示す目的関数、制御変数、制約条件に基づき、数理計画法を用いて運用コストの合計値の低減の演算を行う。

（８）式及び（９）式は、目的関数を示しており、運用ソフト合計値Ｃ_{ｔｏｔａｌ}を最小化することを示している。ここで、運用ソフト合計値Ｃ_{ｔｏｔａｌ}は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの運用コストの１日の合計値を示している。また、μ_ｇｅは、ガスエンジン発電機Ｂ＿２及びガスエンジン発電機Ｃ＿２の発電単価を示している。μ_ｄａｙは、昼間の時間帯（例えば、時間番号Ｔ７から時間番号Ｔ１９までの時間帯）における１ｋＷｈ当たりの電気料金を示している。μ_{ｎｉｇｈｔ}は、夜間の時間帯（例えば、時間番号Ｔ２０から時間番号Ｔ６までの時間帯）における１ｋＷｈ当たりの電気料金を示している。Ｔ_ｄａｙは、シミュレーションを行った昼間の時間帯の時間数を示している。Ｔ_{ｎｉｇｈｔ}は、シミュレーションを行った夜間の時間帯の時間数を示している。

また、制御変数としては、運用ソフト合計値Ｃ_{ｔｏｔａｌ}の上限値と、Ｐ_Ｂ＿ｇｅ（ｔ）及びＰ_Ｃ＿ｇｅ（ｔ）などの（２）式で示した制御変数とがある。
また、制約条件としては、（３）式から（７）式に示す制約条件がある。
コスト調整部１２は、上述した線形計画法によって求めた各施設の運転計画データにおける時間毎の需要電力における買電電力を示す施設買電電力データを、制限判定部１３に対して出力する。
また、コスト調整部１２は、施設買電電力データにおいて制限ピーク値を超える時間買電電力合計が検出されないとの制御情報を、制限判定部１３から供給された場合、このときに求めた運転計画データを記憶部１４に対して書き込んで記憶させる。
一方、施設買電電力データにおいて制限ピーク値を超える時間買電電力合計が検出された制御情報を、制限判定部１３から供給された場合、各施設における運用コストの最適化を再度の行う。

＜制限判定部１３における制限処理＞
制限判定部１３は、すでに説明したように、コスト調整部１２が最適化した１日の時間毎の時間買電電力のデータである施設買電電力データにおいて、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ、施設Ｄの時間毎の時間買電電力を加算し、時間買電電力合計を求める。そして、制限判定部１３は、以下の（１０）式を用いた判定処理を行う。

（１０）式は、コスト調整部１２が最適化した後の時間買電電力合計に対する制約条件であり、時間買電電力合計のピーク値が、制限ピーク値を超えないことを示している。制限判定部１３は、（１０）式の制約条件に対応して、制限ピーク値と、時間買電電力合計との比較を行う。この（１０）式において、Ｐ_ｒｅｆは、ピーク調整部１１における最適化処理で得た制限ピーク値である。
そして、制限判定部１３は、ピーク値が制限ピーク値を超えない場合、コスト調整部１２の生成した運転計画を記憶部１４に書き込んで記憶させ、一方、ピーク値が制限ピーク値を超えた場合、コスト調整部１２に対して運用コストの最適化処理を再度行うことを指示する制御信号を出力する。
この結果、コスト調整部１２は、ピーク値となった時間に制限等を加えることにより、他の時間に需要電力の需要の振り分けを行うように、再度の最適化処理を行う。

上述したように、本実施形態によれば、第１段階の最適化処理において、第１の評価値の時間買電電力合計買電電力の最適化を行い、この最適化結果で得られたピーク値を、第１の評価値の最適化の最小のピーク値として制限ピーク値として設定する。そして、本実施形態によれば、第２段階の最適化処理において、第２の評価値である１日の運用コストを最小化するという最適化を行い、この結果得られた時間買電電力合計が制限ピーク値を超えないようにする制約条件を設定している。

この結果、本実施形態によれば、第１の評価値の最適化及び第１の評価値の最適化を満足した第２の評価値の最適化を行うため、第１の評価値及び第２の評価値に対する一括した最適化を行う場合に比較して、複数の施設の統合的な需要電力の制御を行う運転計画の生成において、容易にかつ高速に第１の評価値及び第２の評価値の双方に対する最適化を行うことができる。この運転計画に基づいて、施設Ａ、施設Ｂ及び施設Ｃの各々においては、ＥＭＳ１０１、ＥＭＳ１０２、ＥＭＳ１０３のそれぞれが施設内の設備の運転制御を行い、施設Ｄにおいては作業員が施設内の設備の運転制御を行う。

次に、図４は、本実施形態の電力設備運転計画システム１が行う第１の評価値及び第２の評価値の２段階の最適化処理の動作例を示すフローチャートである。
ステップＳ１：
ピーク調整部１１は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々の設備における時間毎の需要電力を記憶部１４から読み出す。
また、ピーク調整部１１は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄ毎に、時間毎の需要電力を加算して時間需要電力を求め、この時間需要電力から施設において供給できる時間毎の供給電力を減算し、各施設毎の時間買電電力を求める。

ステップＳ２：
ピーク調整部１１は、施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ及び施設Ｄの各々の時間買電電力を時間毎に加算し、各時間における時間買電電力合計を求める。
そして、ピーク調整部１１は、時間番号Ｔ０から時間番号Ｔ２３の各々における時間買電電力合計の最も大きい電力値をピーク値として検出する。
ピーク調整部１１は、すでに述べたように、各施設における設備の需要電力の調整を行い、時間買電電力合計を低減する最適化処理を行う。すなわち、ピーク調整部１１は、買電電力の最適化を行う際、ピーク値を低減する毎に、新たなピーク値を検出し、設備の需要電力をピーク値の時間から、他の時間番号の時間に振り分けることにより低減する処理を行う。

ステップＳ３：
コスト調整部１２は、ピーク調整部１１から供給された基本施設買電電力データに基づいて、各施設における第２段階の最適化である運用コストの低減処理を行う。
このとき、コスト調整部１２は、すでに説明したように、施設毎に発電設備、蓄電設備及び蓄熱設備を用いて、各施設の１日における運転コストが最低となる運転計画データの生成を行う。
そして、コスト調整部１２は、運転計画データにおける需要電力における各施設毎の時間買電電力を示す施設買電電力データを、制限判定部１３に対して出力する。

ステップＳ４：
制限判定部１３は、施設買電電力データから施設Ａ、施設Ｂ、施設Ｃ、施設Ｄの各々の時間毎の時間買電電力を抽出し、時間毎に時間買電電力を加算し、時間買電電力合計を求める。

ステップＳ５：
制限判定部１３は、時間毎の時間買電電力合計から最大の電力値の時間買電電力合計をピーク値とする。
そして、制限判定部１３は、得られたピーク値と、制限ピーク値との比較を行う。このとき、制限判定部１３は、ピーク値が制限ピーク値を超えない場合、処理をステップＳ６へ進める。一方、制限判定部１３は、ピーク値が制限ピーク値を超えた場合、再度最適化処理を行う制御信号をコスト調整部１２に対して出力し、処理をステップＳ３へ戻す。

ステップＳ６：
制限判定部１３は、買電電力の制限ピーク値を超えずに運用コストの最適化ができたため、運転計画が問題ないことを示す制御信号を、コスト調整部１２に対して出力する。
そして、コスト調整部１２は、運転計画に問題ないことを示す制御信号が供給されると、作成した運転計画データを記憶部１４に書き込んで記憶させる。

また、図１における電力設備運転計画システム１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより第１の評価値及び第２の評価値を満足させる各施設の設備の運転計画を生成する処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…電力設備運転計画システム
１１…ピーク調整部
１２…コスト調整部
１３…制限判定部
１４…記憶部
１０１，１０２，１０３…ＥＭＳ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…施設

Claims

複数の施設の需要電力を統合的に制御する電力設備運転計画システムであり、
前記施設各々の需要電力に対応する予め設定された種類の第１の評価値を所定の時間毎に求め、前記複数の施設の前記第１の評価値を時間毎に合計し、この合計値がピーク値となる時間において、当該ピーク値を低減させる最適化を行い、最適化されたピーク値を制限ピーク値とするピーク調整部と、
前記施設単位において、当該施設にある設備各々の需要電力の一部を時間毎に振り分けることにより、コストに関する予め設定された種類の第２の評価値に対する最適化を行うコスト調整部と、
前記第２の評価値の最適化が行われた前記複数の施設の前記第１の評価値を時間毎に合計し、この最適化後の合計値が前記制限ピーク値を超えているか否かの判定を行う制限判定部と
を備え、
前記制限判定部は、前記最適化後の合計値が前記制限ピーク値を超えている場合、前記コスト調整部に対し、再度の最適化を行うことを指示し、
前記コスト調整部は、再度の最適化が指示された場合、前記需要電力の一部を他の時間に振り分けることにより再度の最適化を行う、
ことを特徴とする電力設備運転計画システム。
前記ピーク調整部が、前記合計値がピーク値となる時間の需要電力の一部を他の時間に振り分け、前記ピーク値を低減させる最適化を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力設備運転計画システム。
前記コスト調整部が前記施設に設けられており、
当該コスト調整部が、前記第２の評価値の最適化が行われた時間毎の前記第１の評価値を、前記制限判定部に対して出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力設備運転計画システム。
複数の施設の需要電力を統合的に制御する電力設備運転計画システムを動作させる方法であり、
ピーク調整部が、前記施設各々の需要電力に対応する予め設定された種類の第１の評価値を所定の時間毎に求め、前記複数の施設の前記第１の評価値を時間毎に合計し、この合計値がピーク値となる時間において、当該ピーク値を低減させる最適化を行い、最適化されたピーク値を制限ピーク値とするピーク調整過程と、
コスト調整部が、前記施設単位において、当該施設にある設備各々の需要電力の一部を時間毎に振り分けることにより、コストに関する予め設定された種類の第２の評価値に対する最適化を行うコスト調整過程と、
制限判定部が、前記第２の評価値の最適化が行われた前記複数の施設の前記第１の評価値を時間毎に合計し、この最適化後の合計値が前記制限ピーク値を超えているか否かの判定を行い、前記最適化後の合計値が前記制限ピーク値を超えている場合、前記コスト調整部に対し、再度の最適化を行うことを指示し、前記コスト調整部は、再度の最適化が指示された場合、前記需要電力の一部を他の時間に振り分けることにより再度の最適化を行う制限判定過程と
を含むことを特徴とする電力設備運転計画方法。