JP6158107B2 - エネルギーマネジメントシステム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、エネルギーマネジメントシステムに関する。

ビルや住宅、集合住宅において、ハイブリッドパワーコンディショナー装置（Hybrid Power Conditioner System；以下、ハイブリッドＰＣＳと称する）を、電力などのエネルギー使用量に応じて制御し、ＣＯ_２の削減や購入電力の削減を行うエネルギーマネジメントシステム（Energy Management System；以下、ＥＭＳと称する）が普及しつつある。ハイブリッドＰＣＳでは、太陽光発電（solar PhotoVoltaics）を行う太陽電池（以下、ＰＶと称する）と蓄電池とを直流回路で接続して共通の制御装置により蓄電池への充放電量を制御するため、外部からはＰＶと蓄電池とを一体化した一つの交流電源とみなされる。そのため、ハイブリッドＰＣＳにおいては、蓄電池への充放電指示を外部から与えようとしても、蓄電池の充放電量がＰＶの発電量に依存するため、蓄電池を過充電、及び過放電の状態にせず、充放電残量を所定の範囲内にするような精度の高い充放電指示をハイブリッドＰＣＳに与えることが困難であった。

特開２０１１−７０９２７号公報

本発明が解決しようとする課題は、精度の高い充放電指示をハイブリッドＰＣＳに与えることができるエネルギーマネジメントシステムを提供することである。

実施形態のエネルギーマネジメントシステムは、過充放電リスク記憶部と、創蓄最適計画部と、過充放電リスク更新部とを持つ。過充放電リスク記憶部は、発電装置又は蓄電装置から入力された直流電力を交流電力に変換して配電系統に出力すると共に、前記配電系統から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に出力するハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置に対する過充電または過放電のリスクを表す過充放電リスクを記憶する。創蓄最適計画部は、少なくとも、過充放電リスク、電力需要予測、ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測に基づいて、ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置に対する充放電の制御計画値を算出する。過充放電リスク更新部は、過充放電リスク記憶部が記憶する過充放電リスク、ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測、及び発電量実績、ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量、制御計画値とから過充放電リスクの変化量を計算し、変化量に基づいて過充放電リスクを更新する。

実施形態のＥＭＳを含むシステム全体の装置配置を示す図。 第１の実施形態のＥＭＳの構成を示す図。 蓄電装置充放電量計算機能部３０４における蓄電装置充放電量（実績）３１７の計算手順を示すフローチャート。 過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５におけるＰＣＳ充放電量（計画）３１２の計算手順を示すフローチャート。 過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５の出力であるＰＣＳ充放電量計画値の一例を示す図。 ＥＭＳ３００と連携したハイブリッドＰＣＳ２００の動作手順を示すフローチャート。 第２の実施形態のＥＭＳの構成を示す図。 過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５ａにおけるＰＣＳ充放電量（計画）３１２の計算手順を示すフローチャート。 ＤＢ３０３に格納される過充放電リスクの実装の一例を示す図。

以下、実施形態のＥＭＳを、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態のＥＭＳを含むシステム全体の装置配置を示す図である。図１に示すシステムは、配電系統１００と、負荷１３０と、発電装置２０１及び蓄電装置２０２と、サーバ計算機１４０と、ハイブリッドＰＣＳ２００（パワーコンディショナー）とを持つ。
配電系統１００は、ビル、集合住宅、住宅などの配電系統である。
負荷１３０は、配電系統１００と、交流電力を送信するＡＣ電力線（交流回路）により接続される。発電装置２０１及び蓄電装置２０２は、ハイブリッドＰＣＳ２００に、直流電力を送信するＤＣ電力線（直流回路）を介して接続される。発電装置２０１は、どのような発電装置でもよく、特定の発電装置に限定されない。例えば、発電装置２０１は、ＰＶ（太陽電池）、燃料電池装置、太陽熱発電装置でもよい。また、蓄電装置２０２は、どのような蓄電装置でもよく、特定の蓄電装置に限定されない。蓄電装置２０２は、例えば、蓄電池、フライホイール蓄電装置でもよい。
サーバ計算機１４０は、実施形態のＥＭＳとして機能する。サーバ計算機１４０は、複数の計算機群から構成することもできるし、１つの計算機であってもよい。

ハイブリッドＰＣＳ２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＤＣ／ＤＣとする）２０３と、ＡＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＡＣ／ＤＣとする）２０４と、制御装置２０５とを持つ。ハイブリッドＰＣＳ２００は、発電装置２０１の発電と蓄電装置２０２の充放電のそれぞれの直流電力に対して、電圧の昇降圧や安定化、電流制御、回路の開閉や保護協調などを行う。
ＤＣ／ＤＣ２０３は、発電装置２０１の直流電圧を昇圧しＤＣ電力線を介してＡＣ／ＤＣ２０４へ入力する。或いは、ＤＣ／ＤＣ２０３は、蓄電装置２０２からの直流電圧を、ＤＣ電力線を介して昇圧ＡＣ／ＤＣ２０４へ入力し、またはＡＣ／ＤＣ２０４からの直流電圧を降圧し、ＤＣ電力線を介して蓄電装置２０２へ入力する。

ＡＣ／ＤＣ２０４は、配電系統１００からＡＣ電力線を介して入力される交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を、ＤＣ電力線を介してＤＣ／ＤＣ２０３に入力する。また、ＡＣ／ＤＣ２０４は、ＤＣ／ＤＣ２０３からＤＣ電力線を介して入力される直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を、ＡＣ電力配線を介して配電系統１００に出力する。このようにして、ＡＣ／ＤＣ２０４は、発電装置２０１と蓄電装置２０２とを配電系統１００に連系させる。
このように、ハイブリッドＰＣＳ２００は、発電装置２０１と蓄電装置２０２とＤＣ／ＤＣとをＤＣ電力線で接続し、ＡＣ／ＤＣ２０４（双方向ＤＣ／ＡＣインバータ）を共通化したパワーコンディショナ装置である。

制御装置２０５は、ＥＭＳとして機能するサーバ計算機１４０と相互に通信可能であり、ハイブリッドＰＣＳ２００全体を制御する。制御装置２０５は、発電装置発電量（計測）と、サーバ計算機１４０から送信される充電指示、放電指示、充電量指示値、放電量指示値のうち少なくとも１つ以上とに応じて、蓄電装置の充放電量を推定し、蓄電装置充放電量（推定）を算出する。制御装置２０５は、推定結果である蓄電装置充放電量（推定）に基づいて蓄電装置２０２の充放電量を制御する（詳細後述）。

図２は、第１の実施形態のＥＭＳの構成を示す図である。ＥＭＳ３００は、上位ＥＭＳ機能部３０１（ＥＭＳサーバ）と、ローカルＥＭＳ機能部３０２とから構成される。実施形態のＥＭＳでは、上位ＥＭＳ機能部３０１とローカルＥＭＳ機能部３０２とは複数の計算機に分散配置される。ローカルＥＭＳ機能部３０２は、ビル、集合住宅、住宅内に設置されたローカル計算機に対応する。また、上位ＥＭＳ機能部３０１は、ローカル計算機とインターネットなど公衆通信回線網で接続されたクラウドシステムやデータセンター内の計算機に対応する。上位ＥＭＳ機能部３０１は、データベース（以下、ＤＢとする）３０３（過充放電リスク記憶部）と、蓄電装置充放電量計算機能部３０４と、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５（創蓄最適計画部）とを持つ。

ローカルＥＭＳ機能部３０２は、ハイブリッドＰＣＳ２００の制御装置２０５から計測値（発電装置発電量（計測）、ＰＣＳ充放電量（計測）、蓄電装置充電残量（計測））を受信する。また、ローカルＥＭＳ機能部３０２は、負荷１３０で消費される電力需要の計測値である電力需要（計測）３１４を、負荷１３０に対して設けられる電力計測システム（図２において不図示）より受信する。ローカルＥＭＳ機能部３０２は、受信したこれらのデータを実績値として保存し、一定周期または上位ＥＭＳ機能部３０１より要求があった場合に、上位ＥＭＳ機能部３０１に実績値３１１（発電装置発電量（実績）、ＰＣＳ充放電量（実績）、蓄電装置充電残量（実績）、電力需要（実績））として送信する。また、ローカルＥＭＳ機能部３０２は、上位ＥＭＳ機能部３０１より受信したＰＣＳ充放電量の計画であるＰＣＳ充放電量（計画）３１２を、一定周期またはハイブリッドＰＣＳ２００から要求があったタイミングで、ハイブリッドＰＣＳ２００へのＰＣＳ充放電量の指示値としてＰＣＳ充放電量（指示）３１５を、ハイブリッドＰＣＳ２００の制御装置２０５に送信する。

上位ＥＭＳ機能部３０１は、ローカルＥＭＳ機能部３０２から実績値３１１（発電装置発電量（実績）、ＰＣＳ充放電量（実績）、蓄電装置充電残量（実績）、電力需要（実績））をデータ通信により受け取り、ＤＢ３０３に格納する。また、上位ＥＭＳ機能部３０１は、蓄電装置充放電量計算機能部３０４、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５において、各演算処理を実行し、ローカルＥＭＳ機能部３０２に対してＰＣＳ充放電量の計画であるＰＣＳ充放電量（計画）３１２を送信する（詳細後述）。

ＤＢ３０３は、ローカルＥＭＳ機能部３０２との間で送受信する実績値３１１やＰＣＳ充放電量（計画）３１２を保持する。また、ＤＢ３０３は、蓄電装置充放電量計算機能部３０４、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５からの要求により、各種実績値や計算結果の受け渡しを行う。

蓄電装置充放電量計算機能部３０４は、ＤＢ３０３から発電装置発電量（実績）、ＰＣＳ充放電量（実績）、蓄電装置充電残量（実績）の実績値である実績値３１６を読み込む。蓄電装置充放電量計算機能部３０４は、これらのデータを基に、ハイブリッドＰＣＳ２００から取得できない蓄電装置充放電量の実績値である蓄電装置充放電量（実績）３１７を推定演算し、ＤＢ３０３に書き込む。なお、その計算手順は、図３に示すフローチャートに沿って後述する。

過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５は、ＤＢ３０３から実績値３２０（発電装置発電量（実績）、電力需要（実績）、蓄電装置充電残量（実績）、蓄電装置充放電量計算機能部３０４が推定演算した蓄電装置充放電量（実績）３１７、蓄電装置充放電損失、過充放電リスク）を読み込む。過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５は、これらのデータを基にＰＣＳ充放電量の計画であるＰＣＳ充放電量（計画）３１２を計算し、計算したＰＣＳ充放電量（計画）３１２をＤＢ３０３に書き込む。なお、その計算手順は図４に示すフローチャートに沿って後述する。また、ＤＢ３０３に対して、ユーザが過充放電リスクを入力する際の入力インターフェースを設けてもよい。
過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５は、最適化部３０６を有する。最適化部３０６は、発電装置発電量予測入力処理部３０６１と、電力需要予測入力処理部３０６２と、蓄電装置ＳＯＣ入力処理部３０６３と、過充放電リスク入力処理部３０６４と、過充放電リスクペナルティ算出部３０６５と、計画値出力処理部３０６６とを持つ。

発電装置発電量予測入力処理部３０６１は、発電装置発電量（実績；ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量）が入力され、発電装置発電量（予測）を算出する。
電力需要予測入力処理部３０６２は、電力需要（電力需要の実測値）が入力され、電力需要（予測）を算出する。
蓄電装置ＳＯＣ入力処理部３０６３は、蓄電装置充放電残量（実績）（ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量の実測値）が入力される。この蓄電装置充放電残量（実績）は、過充放電リスクペナルティ算出部３０６５が算出する充放電目標値が、過充電保護リスクに対して、十分マージンを持つように、過充放電リスクペナルティ算出部３０６５が充放電目標値を算出する際に用いられる。
過充放電リスク入力処理部３０６４は、過充放電リスクが入力される。ここで、過充放電リスクは、蓄電装置２０２が過充電または過放電の状態に近づいていることを表す値である。
過充放電リスクペナルティ算出部３０６５は、入力される過充放電リスクに基づいて過充放電リスクに対するペナルティを算出して、蓄電装置２０２の充放電目標値を決定する。
計画値出力処理部３０６６は、ＰＣＳ充放電量（計画）（計画値）をＤＢ３０３に対して出力する。

次に、蓄電装置充放電量計算機能部３０４における蓄電装置充放電量（実績）３１７の計算手順について説明する。
図３は、蓄電装置充放電量計算機能部３０４における蓄電装置充放電量（実績）３１７の計算手順を示すフローチャートである。なお、以下の記号を用いて計算手順を説明する。
実績値３１６に含まれるＰＣＳ充放電量（実績）の時刻ｔにおける実績値をＰｈｐｃｓ（ｔ）とする。また、実績値３１６に含まれる発電装置発電量（実績）の時刻ｔにおける実績値をＰｐｖ＿ｈｐｃｓ（ｔ）とする。また、算出する蓄電装置充放電量（実績）３１７の時刻ｔにおける実績値をＰｓｂ＿ｈｐｃｓ（ｔ）とする。

蓄電装置充放電量計算機能部３０４は、ＤＢ３０３からＰＣＳ充放電量（実績）の時刻ｔにおける実績値であるＰｈｐｃｓ（ｔ）を取得する（ステップＳ１０１）。
蓄電装置充放電量計算機能部３０４は、ＤＢ３０３から発電装置発電量（実績）の時刻ｔにおける実績値であるＰｐｖ＿ｈｐｃｓ（ｔ）を取得する（ステップＳ１０２）。
蓄電装置充放電量計算機能部３０４は、下記式（１）を用いて、蓄電装置充放電量（実績）３１７の時刻ｔにおける実績値であるＰｓｂ＿ｈｐｃｓ（ｔ）を推定演算する（ステップＳ１０３）。

Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ（ｔ）＝Ｐｈｐｃｓ（ｔ）−Ｐｐｖ＿ｈｐｃｓ（ｔ）…式（１）

この推定演算の結果であるＰｓｂ＿ｈｐｃｓ（ｔ）は、蓄電装置充放電量（実績）３１７としてＤＢ３０３に書き込まれる。

次に、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５におけるＰＣＳ充放電量（計画）３１２の計算手順について説明する。図４は、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５におけるＰＣＳ充放電量（計画）３１２の計算手順を示すフローチャートである。
過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５は入力処理を行う（ステップＳ２０１）。過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５は、ＤＢ３０３から実績値３２０のうち、過充放電リスクを除いた各実測値を読み込む。発電装置発電量予測入力処理部３０６１は、発電装置発電量を読み込む。電力需要予測入力処理部３０６２は、電力需要（電力需要の実測値）を読み込む。蓄電装置ＳＯＣ入力処理部３０６３は、蓄電装置充放電残量（実績）を読み込む。

次に、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５の発電装置発電量予測入力処理部３０６１は、発電装置発電予測を行う（ステップＳ２０２）。発電装置発電量予測入力処理部３０６１は、特に過去の発電装置発電量（実績）、気象予報などを用いて対象日の発電装置発電量を予測する。この発電装置発電量予測値の計算には気象予報が必要なため，気象予報が配信される１日数回のタイミングで発電装置発電量予測値の計算が実行される。発電装置発電量予測値は、例えば特許文献２などで公知の方法、すなわち、過去データにおける異なる時刻の間の統計的相関、もしく異なる発電装置の位置の間の統計的相関に基づいて予測する方法で実施できる。発電装置発電量予測入力処理部３０６１は、予測した発電装置発電予測値を、過充放電リスクペナルティ算出部３０６５に入力する。

次に、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５の電力需要予測入力処理部３０６２は、電力需要予測を行う（ステップＳ２０４）。電力需要予測入力処理部３０６２は、気象情報と過去の需要データとからニューラルネットワークにより予測する方法（特許文献３）や、複数の対象需要家の過去の需要データをグループ化し，グループごとの平均な需要変動モデルによって予測する方法（特許文献４）などによって、電力需要予測を行い、電力需要予測値を計算する。電力需要予測入力処理部３０６２は、予測した電力需要予測値を、過充放電リスクペナルティ算出部３０６５に入力する。

次に、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５の過充放電リスク入力処理部３０６４は、ＤＢ３０３から実績値３２０のうち、過充放電リスクを読み込む（ステップＳ２０５）。
電力需要予測入力処理部３０６２は、読み込んだ過充放電リスクを、過充放電リスクペナルティ算出部３０６５に入力する。
次に、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５の過充放電リスクペナルティ算出部３０６５は、次式（２）で表されるＣｓｂの正負を判定する（ステップＳ２０５）。

Ｃｓｂ＝電力需要予測値−発電装置発電量予測値−充放電目標値…式（２）

過充放電リスクペナルティ算出部３０６５は、Ｃｓｂの正負により、配電系統１００からの電力の売買状態を推定する。

過充放電リスクペナルティ算出部３０６５は、Ｃｓｂの値が正または０の場合（ステップＳ２０５−Ｙｅｓ）、ステップＳ２０６に進む。
過充放電リスクペナルティ算出部３０６５は、次式（３）で表される評価関数Ｆｉｔｎｅｓｓ１を最小化する、買電時のハイブリッドＰＣＳの充放電計画を作成する（ステップＳ２０６）。

Ｆｉｔｎｅｓｓ１＝Σ（ｔ＝０：２４）｛Ｗ０×電力売電単価（ｔ）×（電力需要予測（ｔ）−発電装置発電量予測値（ｔ）−充放電目標値（ｔ））＋Ｗ２×（過充放電リスク）｝…式（３）

一方、過充放電リスクペナルティ算出部３０６５は、Ｃｓｂの値が負の場合（ステップＳ２０５−Ｎｏ）、ステップＳ２０７に進む。
過充放電リスクペナルティ算出部３０６５は、次式（４）で表される評価関数Ｆｉｔｎｅｓｓ２を最小化する、売電時のハイブリッドＰＣＳの充放電計画を作成する（ステップＳ２０７）。

Ｆｉｔｎｅｓｓ２＝Σ（ｔ＝１：Ｔ）｛Ｗ１×電力売電単価（ｔ）×（−電力需要予測（ｔ）＋発電装置発電量予測（ｔ）＋充放電目標値（ｔ））＋Ｗ２×（過充放電リスク）…式（４）

なお、Ｆｉｔｎｅｓｓ１、２（ペナルティ）を最小化するには、公知の遺伝的アルゴリズムを用いる手法（非特許文献１）により実施できる。
過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５の計画値出力処理部３０６６は、出力処理を行う（ステップＳ２０８）。計画値出力処理部３０６６は、過充放電リスクペナルティ算出部３０６５が作成したＰＣＳ充放電量（計画）３１２をＤＢ３０３に書き込む。

図５は、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５の出力であるＰＣＳ充放電量計画値の一例を示す図である。ＰＣＳ充放電量（計画）３１２には、ＰＣＳ充放電量計画値として、算出した発電装置発電量予測値、需要予測値、充放電目標値、算出に用いた過充放電リスク、電力買電単価、電力売電単価、蓄電装置ＳＯＣ（蓄電装置充放電残量）が、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５がＤＢ３０３に書き込む時刻に関連付けて書き込まれる。
ローカルＥＭＳ機能部３０２は、ＰＣＳ充放電量（計画）３１２を、一定周期またはハイブリッドＰＣＳ２００から要求があったタイミングで、ＰＣＳ充放電量（指示）３１５として、ハイブリッドＰＣＳ２００の制御装置２０５に伝送する。なお、ＰＣＳ充放電量（計画）３１２と同時に過充放電リスクを表示するなどの出力インターフェースをローカルＥＭＳ機能部３０２に設ける構成としてよい。

このように、第１の実施形態のＥＭＳ３００では、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５（創蓄最適計画部）は、少なくとも、過充放電リスク、電力需要予測、発電装置発電量予測値（ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測）に基づいて、ハイブリッドＰＣＳ２００の蓄電装置２０２に対するＰＣＳ充放電量（計画）３１２（充放電の制御計画値）を算出する。これにより、蓄電装置を過充電、及び過放電の状態にせず、充放電残量を所定の範囲内にするような精度の高い充放電指示をハイブリッドＰＣＳ２００に与えることができるＥＭＳ３００（エネルギーマネジメントシステム）を提供することができる。

続いて、ローカルＥＭＳ機能部３０２からＰＣＳ充放電量（指示）３１５を受信したときの、ハイブリッドＰＣＳ２００全体を制御する制御装置２０５の動作を説明する。図６は、ＥＭＳ３００と連携したハイブリッドＰＣＳ２００の動作手順を示すフローチャートである。以下の記号を用いて手順を説明する。なお、以下の記号を用いて計算手順を説明する。時刻ｔでのＰＣＳ充放電量の指示値をＰｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）とする。また、時刻ｔでの蓄電装置充放電の指示値をＰｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）とする。

制御装置２０５は、ローカルＥＭＳ機能部３０２からＰＣＳ充放電量の指示値Ｐｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）を受信する（ステップＳ３０１）。
次に、制御装置２０５は、発電装置２０１から発電装置発電量計測値Ｐｐｖ＿ｈｐｃｓ（ｔ）を取得する（ステップＳ３０２）。
制御装置２０５は、次式（５）で蓄電装置充放電指示値Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）を計算する（ステップＳ３０３）。

Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）＝Ｐｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）−Ｐｐｖ＿ｈｐｃｓ（ｔ）…式（５）

制御装置２０５は、時刻ｔにおける蓄電装置充放電指示値Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）が０より大きいか否かを判定する（ステップＳ３０４）。

制御装置２０５は、Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）＞０の場合（ステップＳ３０４−Ｙｅｓ）、蓄電装置２０２の放電量推定値をＰｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）とし、蓄電装置２０２からＰｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）に相当する放電量を放電させる（ステップＳ３０５）。
例えば、ハイブリッドＰＣＳ２００からの放電量であるＰＣＳ充放電量の指示値Ｐｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）が１０００Ｗ（ワット）、発電装置発電量計測値Ｐｐｖ＿ｈｐｃｓ（ｔ）が１００Ｗである場合、式（５）から、Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）＝１０００Ｗ−１００Ｗ＝９００Ｗとなる。すなわち、蓄電装置２０２の放電量推定値は、パワーコンディショナ装置からの放電指示値である１０００Ｗから発電装置２０１の発電量実績値である１００Ｗを減算した値である。制御装置２０５は、蓄電装置２０２の放電量推定値に相当する９００Ｗを放電量９００Ｗとし、蓄電装置２０２を制御して蓄電装置２０２から放電量９００Ｗを放電させる。

一方、制御装置２０５は、Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）≦０の場合（ステップＳ３０４−Ｎｏ）、蓄電装置２０２の充電量推定値を（−Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ））とし、蓄電装置２０２に（−Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ））に相当する充電量を充電させる（ステップＳ３０６）。
例えば、ハイブリッドＰＣＳ２００への充電量であるPCS充放電量の指示値Ｐｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）が１０００Ｗ（ワット）、発電装置発電量計測値Ｐｐｖ＿ｈｐｃｓ（ｔ）が１００Ｗである場合、式（５）から、Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）＝−１０００Ｗ−１００Ｗ＝−１１００Ｗとなる。すなわち、蓄電装置２０２への充電量推定値は、パワーコンディショナ装置への充電指示値である１０００Ｗに発電装置２０１の発電量実績値である１００Ｗを加算した値である。制御装置２０５は、蓄電装置２０２の充電量推定値に相当する１１００Ｗを充電量１１００Ｗとし、蓄電装置２０２を制御して蓄電装置２０２に充電量１１００Ｗを充電させる。

また、例えばハイブリッドＰＣＳ２００からの放電量であるＰＣＳ充放電量の指示値Ｐｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）が１０００Ｗ（ワット）、発電装置発電量計測値Ｐｐｖ＿ｈｐｃｓ（ｔ）が１１００Ｗである場合、式（５）から、Ｐｓｂ＿ｈｐｃｓ＿ｍｖ（ｔ）＝１０００Ｗ−１１００Ｗ＝−１００Ｗとなる。すなわち、蓄電装置２０２への充電量推定値は、発電装置２０１の発電量実績値である１１００Ｗからパワーコンディショナ装置からの放電指示値である１０００Ｗを減算した値である。制御装置２０５は、蓄電装置２０２の充電量推定値に相当する１００Ｗを充電量１００Ｗとし、蓄電装置２０２を制御して蓄電装置２０２に充電量１００Ｗを充電させる。

このように、実施形態のＥＭＳ３００では、実施形態のＥＭＳ３００では、ハイブリッドＰＣＳ２００のパラメータの値の推定結果に基づき、ハイブリッドＰＣＳ２００に、充放電量指示値Ｐｈｐｃｓ＿ｍｖ（充電指示、放電指示、充電量指示値、放電量指示値のうち少なくとも１つ以上）を与える。ハイブリッドＰＣＳ２００は、発電装置２０１の発電量と、ＥＭＳ３００からの充電指示、放電指示、充電量指示値、放電量指示値のうち少なくとも１つ以上とに応じて、蓄電装置２０２の充放電量を制御する。

従来のＥＭＳでは、ハイブリッドＰＣＳの内部で計測している発電装置の発電量は外部から取得できるものの、蓄電装置への充放電量は外部からは取得できない。従って、従来のＥＭＳでは、蓄電装置への充放電量は、発電装置の発電量およびハイブリッドＰＣＳの充放電の計測値と、蓄電装置の充放電量の実績値といったハイブリッドＰＣＳの特性パラメータとから推定演算する必要があった。しかしながら、ハイブリッドＰＣＳでは、外部からは複数の蓄電装置ユニットをあたかも一つの蓄電装置として扱うことができるように設計されているため、現在どの蓄電装置ユニットに対して充放電が行われているかという状態が外部に公開されない。ハイブリッドＰＣＳは外部から放電指示を受けたとき、発電装置発電量が所望の放電量指示値に達しない場合は蓄電装置から不足分を放電し、発電装置発電量が所望の放電量指示値を上回る場合は余剰電力を蓄電装置に充電する。外部から充電指示を受けたときは、充電量指示値である配電系統からの購入電力に発電装置発電量を加算した電力を蓄電装置に充電する。蓄電装置への充放電量は発電装置発電量に依存し、ハイブリッドＰＣＳの外部からは所望の指示値を与えることができないという問題が生じていた。したがって、ハイブリッドＰＣＳ内の蓄電装置を過充電および過放電状態にせず、充電残量を所望の範囲に維持するためには、ハイブリッドＰＣＳの充放電指示値は、外部より蓄電装置容量と発電装置発電量を考慮して適正な値に制御しておく必要がある。

第１の実施形態のＥＭＳでは、ハイブリッドＰＣＳにおいて、充電残量を所望の範囲に維持しつつ、コスト最小などの利用者目的に沿った蓄電装置充放電を行うため、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５（創蓄最適計画部）は、リアルタイムに得られる発電装置発電量に基づいて過充電および過放電リスクモデル（過充放電リスクモデル）を用いる。過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５は、ハイブリッドＰＣＳ２００の蓄電装置２０２に対するＰＣＳ充放電量（計画）３１２（充放電の制御計画値）を算出する。これにより、蓄電装置を過充電、及び過放電の状態にせず、充放電残量を所定の範囲内にするような精度の高い充放電指示をハイブリッドＰＣＳ２００に与えることができる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態のＥＭＳの構成を示す図である。なお、図７において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図７に示すＥＭＳ３００ａにおいて、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５ａは、最適化部３０６と過充放電リスク更新部３０７とを持つ。すなわち、図７に示すＥＭＳ３００ａでは、図２に示す過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５の中に過充放電リスク更新部３０７を追加して有するものである。
過充放電リスク更新部３０７は、ＤＢ３０３から、入力値３２１（発電装置発電量（予測）、発電装置発電量（実測）、蓄電装置充電残量（実績）、ＰＣＳ充放電量（計画）、過充放電リスク）を読み込み、これらのデータをもとにＤＢ３０３に格納されていた過充放電リスクを逐次更新する。他の部分は、第１の実施形態のＥＭＳ３００と同一である。なお、発電装置発電量（予測）、ＰＣＳ充放電量（計画）は、最適化部３０６が出力したＰＣＳ充放電量（計画）３１２に含まれる発電装置発電量予測値、蓄電装置充放電量（目標値）にそれぞれ対応するものである。

過充放電リスク更新部３０７は、過充放電リスク入力処理部３０７１と、発電装置発電量予測入力処理部３０７２と、蓄電装置ＳＯＣ入力処理部３０７３と、蓄電装置システム計画入力処理部３０７４と、過充放電リスク確率モデル最適化部３０７５と、過充放電リスク出力処理部３０７６とを持つ。
過充放電リスク入力処理部３０７１は、過充放電リスクが入力される。この過充放電リスクが、後述するように更新される。
発電装置発電量予測入力処理部３０７２は、発電装置発電量（実績）が入力され、発電装置発電量（予測）を算出する。
蓄電装置ＳＯＣ入力処理部３０７３は、蓄電装置充放電残量（実績）が入力される。この残量は、過充放電リスクの更新に用いられる。
蓄電装置システム計画入力処理部３０７４は、既にＤＢ３０３に書き込まれているＰＣＳ充放電量（計画）が入力される。
過充放電リスク確率モデル最適化部３０７５は、後述するように、入力された過充放電リスクを、発電装置発電量（予測）、蓄電装置充放電残量（実績）、ＰＣＳ充放電量（計画）に基づいて、確率モデル関数により更新する。
過充放電リスク出力処理部３０７６は、過充放電リスク確率モデル最適化部３０７５により更新された過充放電リスクを最適化部３０６に出力するとともに、ＤＢ３０３に格納された過充放電リスクを更新する。

図８は、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５ａにおけるＰＣＳ充放電量（計画）３１２の計算手順を示すフローチャートである。なお、図８に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０３、及びステップＳ２０５〜Ｓ２０８は、第１の実施形態の説明で用いた図４に示すものと同じであり、その説明を適宜省略し、ここでは、ステップＳ２０４を主に説明する。
第２の実施形態では、過充放電リスクの変化に応じてＤＢ３０３に格納されていた過充放電リスクの値を更新する。過充放電リスクは、ハイブリッドＰＣＳ２０２の蓄電装置やＡＣ／ＤＣ２０４、ＤＣ／ＤＣ２０３、その他の構成機器、または電気ケーブル等の経年劣化にしたがって変化するからである。例えば、蓄電装置２０２は充放電を繰り返すごとに容量が低下していくことが知られている。それゆえ、ハイブリッドＰＣＳ２０２の稼働時間に応じて過充放電リスクは増加する。一方、劣化した蓄電装置や構成機器を新品に交換すれば、過充放電リスクは低下する。

そこで、第２の実施形態では、過充放電リスクを確率モデル関数、または離散確率テーブルで表現する。ここでは、過充放電リスクを確率モデル関数Ｒ（ｔ）で表現する場合について説明する。ここで、過充放電リスクＲ（ｔ）は、［０，１］の間の値をとりうる関数値である。過充放電リスクＲ（ｔ）は一通りに決まるものではないが、例えば、下記式（６）〜式（９）のような関数で与えることができる。

Ｒ（ｔ）＝Ｗ３＊（Ｒ_１（Ｓ（ｔ））＋Ｒ_２（Ｐ（ｔ））＋Ｒ_３（Ｗ（ｔ））…式（６）
Ｒ_１（Ｓ（ｔ））＝（ａ／２５００）＊（Ｓ（ｔ）−５０）^２…式（７）
Ｒ_２（Ｐ（ｔ））＝ｂ＊ｅｘｐ（Ｐ（ｔ）−Ｐｍａｘ）…式（８）
Ｒ_３（Ｗ（ｔ））＝（ｃ／Ｗｍａｘ^２）＊Ｗ（ｔ）^２…式（９）

ここで、Ｒ（ｔ）は時刻ｔでの過充放電リスクを表し、Ｐ（ｔ）は時刻ｔでの発電装置発電量予測値を表し、Ｓ（ｔ）は時刻ｔでの蓄電装置ＳＯＣ（充放電残量）を表し、Ｗ（ｔ）は時刻ｔでのハイブリッドＰＣＳ計画値を表す。また、Ｐｍａｘは発電装置発電量の最大値（実測値から得られる最大値）を表し、Ｗｍａｘは充放電量の最大値（実測値から得られる最大値）を表し、Ｗ３，ａ，ｂ，ｃはそれぞれ定数値（関数パラメータ）を表す。

過充放電リスク確率モデル最適化部３０７５は、入力された過充放電リスクを、発電装置発電量（予測）、蓄電装置充放電残量（実績）、ＰＣＳ充放電量（計画）に基づいて更新する（ステップＳ２０４ａ）。このように、過充放電リスク確率モデル最適化部３０７５は、発電装置発電量（予測）、蓄電装置充放電残量（実績）、ＰＣＳ充放電量（計画）を変数とした予め定義した確率モデル関数により、過充放電リスクの変化量を算出し、過充放電リスクを更新する。更新された過充放電リスクは、過充放電リスク出力処理部３０７６により、ＤＢ３０３に、確率モデル関数の関数パラメータとともに記憶される。

なお、過充放電リスク更新部３０７を、以下の構成としてよい。すなわち、過充放電リスク更新部３０７は、過充放電リスク入力処理部３０７１と、発電装置発電量予測入力処理部３０７２と、蓄電装置ＳＯＣ入力処理部３０７３と、蓄電装置システム計画入力処理部３０７４と、発電装置発電量予測離散化部と、蓄電装置ＳＯＣ離散化部と、ハイブリッドＰＣＳ計画離散化部と、過充放電リスク出力処理部３０７６とを持つ。
発電装置発電量予測離散化部は、発電装置発電量の予測値を離散確率テーブルに入力する形式に変換する。蓄電装置ＳＯＣ離散化部は、蓄電装置充放電残量を離散確率テーブルに入力する形式に変換する。ハイブリッドＰＣＳ計画離散化部は、計画値を離散確率テーブルに入力する形式に変換する。過充放電リスク確率最適化部は、過充放電リスクを、発電装置発電量予測、蓄電装置ＳＯＣ、ハイブリッドＰＣＳ計画値の３つの情報に関連付けて、発電装置発電量予測、蓄電装置ＳＯＣ、ハイブリッドＰＣＳ計画値を項目とする離散確率テーブルに格納する形式に更新する。なお、更新においては、発電装置発電量予測離散化部は、発電装置発電量（予測）、蓄電装置充放電残量（実績）、ＰＣＳ充放電量（計画）を変数とした予め定義した確率モデル関数により、過充放電リスクの変化量を算出し、過充放電リスクを更新する。更新された過充放電リスクは、過充放電リスク出力処理部３０７６により、ＤＢ３０３に記憶される。図９は、ＤＢ３０３に格納される過充放電リスクの実装の一例を示す図である。図９に示すように、過充放電リスクは、発電装置発電量予測、蓄電装置ＳＯＣ、ハイブリッドＰＣＳ計画値の３つの情報と関連づけ記憶される。

図７に戻って、過充放電リスク更新部３０７において更新された過充放電リスクは、過充放電リスク出力処理部３０７６により、最適化部３０６に入力される。最適化部３０６では、第１の実施形態で説明したように、更新された過充放電リスクに基づいてＰＣＳ充放電量（計画）３１２を作成し、ＤＢ３０３に書き込む（ステップＳ２０５〜Ｓ２０８）。

このように、第２の実施形態のＥＭＳ３００ａでは、過充放電リスク更新部３０７により過充放電リスクを更新し、過充放電リスク回避創蓄最適化機能部３０５ａ（創蓄最適計画部）は、少なくとも、更新された過充放電リスク、電力需要予測、発電装置発電量予測値（ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測）に基づいて、ハイブリッドＰＣＳ２００の蓄電装置２０２に対するＰＣＳ充放電量（計画）３１２（充放電の制御計画値）を算出する。これにより、ＥＭＳ３００ａでは、過充放電リスクがハイブリッドＰＣＳ２００を稼働しているうちに変化するにもかかわらず、蓄電装置２０２を過充電、及び過放電の状態にせず、充放電残量を所定の範囲内にするような精度の高い充放電指示をハイブリッドＰＣＳ２００に与えることができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、エネルギーマネジメントシステムでは、創蓄最適計画部を持つことにより、少なくとも、過充放電リスク、電力需要予測、ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測に基づいて、ハイブリッドＰＣＳの蓄電装置に対する充放電の制御計画値を算出する。これにより、蓄電装置を過充電、及び過放電の状態にせず、充放電残量を所定の範囲内にするような精度の高い充放電指示をハイブリッドＰＣＳに与えることができるエネルギーマネジメントシステムを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…配電系統、１３０…負荷、１４０…サーバ計算機、２００…ハイブリッドＰＣＳ、２０１…発電装置、２０２…蓄電装置、２０３…ＤＣ／ＤＣ、２０４…ＡＣ／ＤＣ、３００…ＥＭＳ（エネルギーマネジメントシステム）、３０１…上位ＥＭＳ機能部、３０２…ローカルＥＭＳ機能部、３０３…ＤＢ（データベース）、３０４…蓄電装置充放電量計算機能部、３０５…過充放電リスク回避創蓄最適化機能部、３０６…最適化部、３０７…過充放電リスク更新部、３１１，３１３，３１６，３２０…実績値、３１２…ＰＣＳ充放電量（計画）、３１４…電力需要（計測）、３１５…ＰＣＳ充放電量（指示）、３１７…蓄電装置充放電量（実績）、３２１…入力値

Claims (9)

1. 発電装置又は蓄電装置から入力された直流電力を交流電力に変換して配電系統に出力すると共に、前記配電系統から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に出力するハイブリッドパワーコンディショナーの前記蓄電装置に対する過充電または過放電のリスクを表す過充放電リスクを記憶する過充放電リスク記憶部と、
   少なくとも、前記過充放電リスク、電力需要予測、ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測に基づいて、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置に対する充放電の制御計画値を算出する創蓄最適計画部と、
   前記過充放電リスク記憶部が記憶する過充放電リスク、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測、及び発電量実績、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量、前記制御計画値とから前記過充放電リスクの変化量を計算し、前記変化量に基づいて前記過充放電リスクを更新する過充放電リスク更新部を、
   有するエネルギーマネジメントシステム。
2. 前記過充放電リスク記憶部は、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量、前記制御計画値それぞれを、前記過充放電リスクに関連付けて記憶する、請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステム。
3. 前記過充放電リスク記憶部は、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量、前記制御計画値それぞれを変数とした予め定義した確率モデル関数により前記過充放電リスクに関連付けて記憶し、前記確率モデル関数の関数パラメータを記憶する、請求項２に記載のエネルギーマネジメントシステム。
4. 前記過充放電リスク記憶部は、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量、前記制御計画値それぞれを項目とする離散確率テーブルにより前記過充放電リスクに関連付けて記憶し、請求項２に記載のエネルギーマネジメントシステム。
5. 前記過充放電リスク更新部は、
   前記過充放電リスクが入力される過充放電リスク入力処理部と、
   前記ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量が入力され、発電装置の発電量の予測値を算出する発電装置発電量予測入力処理部と、
   前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量の実測値が入力される蓄電装置ＳＯＣ入力処理部と、
   前記制御計画値が入力されるハイブリッドＰＣＳ計画入力処理部と、
   前記過充放電リスクを、確率モデル関数、及び発電装置の発電量の予測値、電力需要の予測値、蓄電装置充放電残量の実測値を用いて更新する過充放電リスク確率モデル最適化部と、
   更新された過充放電リスクを前記過充放電リスク記憶部に記憶させる過充放電リスク出力処理部と、を有する請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステム。
6. 前記過充放電リスク更新部は、
   前記過充放電リスクが入力される過充放電リスク入力処理部と、
   前記ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量が入力される発電装置発電量予測入力処理部と、
   前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量の実測値が入力される蓄電装置ＳＯＣ入力処理部と、
   前記制御計画値が入力されるハイブリッドＰＣＳ計画入力処理部と、
   発電装置発電量の予測値を離散確率テーブルに入力する発電装置発電量予測離散化部と、
   蓄電装置充放電残量を離散確率テーブルに入力する蓄電装置ＳＯＣ離散化部と、
   前記制御計画値を離散確率テーブルに入力するハイブリッドＰＣＳ計画離散化部と、
   前記過充放電リスクを前記発電装置発電量の予測値、前記蓄電装置充放電残量、前記制御計画値に基づいて更新し、更新された過充放電リスクを離散確率テーブルに入力する過充放電リスク確率最適化部と、
   更新された過充放電リスクを前記過充放電リスク記憶部に記憶させる過充放電リスク出力処理部と、を有する請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステム。
7. 発電装置又は蓄電装置から入力された直流電力を交流電力に変換して配電系統に出力すると共に、前記配電系統から入力された交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に出力するハイブリッドパワーコンディショナーの前記蓄電装置に対する過充電または過放電のリスクを表す過充放電リスクを記憶する過充放電リスク記憶部と、
   少なくとも、前記過充放電リスク、電力需要予測、ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量予測に基づいて、前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置に対する充放電の制御計画値を算出する創蓄最適計画部と、
   を有し、
   前記創蓄最適計画部は、
   前記ハイブリッドパワーコンディショナーの発電装置の発電量が入力され、発電装置の発電量の予測値を算出する発電装置発電量予測入力処理部と、
   電力需要の実測値が入力され、電力需要の予測値を算出する電力需要予測入力処理部と、
   前記ハイブリッドパワーコンディショナーの蓄電装置充放電残量の実測値が入力される蓄電装置ＳＯＣ入力処理部と、
   前記過充放電リスクが入力される過充放電リスク入力処理部と、
   入力される前記過充放電リスク、及び発電装置の発電量の予測値、電力需要の予測値、蓄電装置充放電残量の実測値に基づいて過充放電リスクに対するペナルティを計算し、前記ペナルティに基づいて前記制御計画値を算出する過充放電リスクペナルティ算出部と、
   前記制御計画値を算出する出力処理部と、を有するエネルギーマネジメントシステム。
8. 前記過充放電リスクを前記過充放電リスク記憶部に入力するインターフェースを有する、請求項１から請求項７いずれか１項に記載のエネルギーマネジメントシステム。
9. 前記制御計画値とともに、前記過充放電リスクを同時に出力するインターフェースを有する、請求項１から請求項８いずれか１項に記載のエネルギーマネジメントシステム。

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