JP6178045B2 - エネルギー管理システム、エネルギー管理方法、プログラムおよびサーバ装置 - Google Patents
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Description
目的は、かかる課題を解決し得るエネルギー管理システム、エネルギー管理方法、プログラムおよびサーバ装置を提供することにある。
図2は、実施形態に係るエネルギー管理システムの一例を示す図である。このシステムは、クライアントシステムとしてのHEMSと、各HEMSと通信可能なサーバシステムとしてのクラウドコンピューティングシステム300とを備える。以下では、配電網から電力を供給される需要者の一例として、エネルギー管理サービスに加入する加入者を採りあげる。需要者は電気機器を備え、電気機器も配電網から電力を供給される。
なお上記構成において、サーバコンピュータは主装置としての位置付けにあり、ホームゲートウェイは主装置からの制御信号を受信する従装置としての位置付けにあると理解することが可能である。次に、上記構成を基礎として複数の実施形態について説明する。
図3は、第1の実施形態に係るクラウドコンピューティングシステム300およびHEMSの要部を示す機能ブロック図である。図3において、加入者宅100のPCS104、電気機器5、蓄電池102、燃料電池103、電力量計19、および分電盤20から各電気機器5の所定時間ごとの消費電力量、稼動状態、蓄電池102の充電残量や充放電電力量、加入者宅100の電力需要量、給湯需要量、PV発電量などのデータが、ホームゲートウェイ7を介して定期的、あるいは不定期にクラウドコンピューティングシステム300に送信される。
予測部300b、計算部300cは、例えば加入者ごとに専用に設けられる機能オブジェクトとしてインプリメントされることが可能である。つまり予測部300b、計算部300cの機能を加入者ごとに設けることが可能である。例えばプログラムの実行過程においてスレッドを複数立てることで、このような形態が可能である。このような形態によればセキュリティを確保し易いなどのメリットがある。
(ステップS2−1) 初期個体群の生成
ランダムまたは過去の実績値に基いてn個の初期個体を発生させる。時刻tの燃料電池103の運転・停止、燃料電池103の発電量、蓄電池102の充放電電力をそれぞれ遺伝子とし、1日24時間分を遺伝子列とする。さらに燃料電池103、蓄電池102の各遺伝子列の集合1つの固体とする。
制約条件を満足していない場合は満足するよう遺伝子をビット反転させる。制約条件を満足する個体がn個生成できれば、各個体の適合度およびその世代での平均適合度を計算する。適合度については、その世代における平均適合度が前2世代の平均適合度と比較して、あるε(任意に設定する値)以下またはある繰り返し回数以上であれば、アルゴリズムを終了する。
制約条件を満足しない個体を淘汰する。また、予め定義した個体数以上の個体が存在する場合は適応度の悪い(適応度の小さい)個体をその個数まで淘汰する。
個体数が予め定義した個体数より少ない場合、適応度が最良の個体を増殖させる。
ランダムにペアリングを行う。ペアリングは全個体数に対する割合(交叉率)分だけ行い、各ペアごとにランダムに遺伝子座を選び、一点交叉させる。
全個体数に対する割合(突然変異率)分だけランダムに個体を選び、各個体の任意(ランダムに決定する)の遺伝子座の遺伝子をビット反転させる。
(ステップS2−2)〜(ステップS2−7)の手順は、ステップS1−7とステップS2−7のループで、世代数<最大世代数の条件が満たされるまで、世代数をインクリメントしつつ繰り返される。この条件が満たされれば結果出力(ステップS2−8)ののちで終了となる。
図8は、第2の実施形態に係わるエネルギー管理システムの作用を説明するための図である。第2の実施形態におけるシステム構成は、第1の実施形態と同様である。
図5のステップS1−4において、スケジュール情報が端末105のインタフェースに表示されるのに併せて、第2の実施形態では、図8に示されるようなカレンダーも表示する。加入者は、端末105に表示されるカレンダーから過去の任意の特定の日を選択指定する。指定された日付を示す日付指定メッセージ信号はクラウドコンピューティングシステム300の予測部300bに送信される。
図9は、第3の実施形態に係るクラウドコンピューティングシステム300およびHEMSの要部を示す機能ブロック図である。図9において図3と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。第3の実施形態において予測部300bは、スケジュールを算出しようとする日の電力需要量および給湯需要量の予測として、データベースDBに過去に記憶された、対象とする加入者の1週間前の同じ曜日の同じ時刻の値を読み出して計算部300cに渡す。このようにしても、電力需要量予測と給湯需要量予測にかかる処理を大幅に簡略化することができ、サーバコンピュータSVの計算負荷を大きく低減することが可能になる。
具体的には、加入者から端末105のインタフェースに設定入力が与えられると、端末105は設定内容に係るメッセージ信号を、IPネットワーク200を介してクラウドコンピューティングシステム300に送信する。このメッセージ信号を受信したクラウドコンピューティングシステム300は、データベースDBにおける、送信元の加入者に係る記憶領域に設定内容を記憶する。
第4の実施形態において予測部300bは、スケジュールを算出しようとする日の電力需要量および給湯需要量の予測として、データベースDBに保持された電力需要量および給湯需要量のうち、一日の電力需要量が最大となる日と最小となる日の2通りの電力需要量および給湯需要量を読み出し、計算部300cに渡す。このとき全てのデータを検索するのでなく、例えば季節(春、夏、秋、冬)に対応する、或る範囲内の期間から該当のデータを読み出すようにすれば計算負荷を軽減できる。
図10は第5の実施形態に係わるエネルギー管理システムの作用を説明するための図である。第5の実施形態におけるシステム構成は、第1の実施形態と同様である。
第5の実施形態において、変更部300fは、予測部300bにて算出された需要量予測と検知部300eにより検知された計算負荷とに基づき、稼動スケジュールの計算に係わるパラメータを変更する。パラメータには例えばスケジュールの時間間隔、つまりスケジュール演算の周期、あるいはスケジュールの対象とする期間などがある。このほかデータベースDBに記憶される各データ項目のそれぞれもパラメータとして考慮することが可能である。
図13は、第6の実施形態に係るクラウドコンピューティングシステム300およびHEMSの要部を示す機能ブロック図である。図13において図9と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
第6の実施形態において予測部300bは、加入者により選択された日付における電力需要量および給湯需要量の予測を、図14に示すようにデータベースDBから複数読み出す。これら複数の需要量予測は通信データ化され、IPネットワーク200を経由して端末105またはホームゲートウェイ7に送られる。
なお電力需要量、給湯需要量を予測する基準は、加入者の行動に限られるものではなく、天気予報や計画停電の要請など、異なる他の基準を適用することももちろん可能である。第7の実施形態では天気予報を利用した電力の需給予測について説明する。
図16は、第7の実施形態に係るエネルギー管理システムの特徴を示す機能ブロック図である。第7の実施形態ではエネルギーの需要量に代えて、加入者宅に備わるPVシステム101によるエネルギーの供給量を予測する。
マップデータ300jは、制御対象とする地域(加入者宅100がある市町村、県、州など)を例えばメッシュ状に区切ってディジタルマップ化したデータベースであり、雲の移動予測情報と併せて処理可能な程度の解像度を有する。
例えば電力供給量に比べて電力需要が上回ることが予測された場合、行政から節電要求や計画停電、あるいは輪番停電を要請されることがある。これらの要請は地域を指定して発令されるので第7の実施形態との親和性が高い。
Claims (35)
- 複数のクライアント装置と、前記複数のクライアント装置と通信可能なサーバ装置とを具備するエネルギー管理システムにおいて、
前記サーバ装置は、
配電網から電力を供給される需要者の電気機器に係わるデータを前記クライアント装置から取得する取得部と、
雲の移動予測を示す気象情報と、太陽光発電システムの特性をモデル化した太陽光発電モデルと、制御対象とする地域をメッシュ状に区切ってディジタルマップ化したマップデータとに基づいて、前記地域における前記太陽光発電システムの発電量を予測し、前記電気機器に係わるデータに基づいて前記電気機器のエネルギー需要量を予測する予測部と、
前記予測されたエネルギー需要量および発電量に基づいて、前記需要者におけるエネルギー収支を最適化すべく、前記需要者に備わる蓄電池の充放電スケジュール、または、前記需要者に備わる燃料電池の発電スケジュールの少なくともいずれか一方である稼働スケジュールを計算する計算部と、
前記計算された稼働スケジュールに基づいて、前記蓄電池または前記燃料電池の少なくともいずれか一方を制御するための制御情報を前記クライアント装置に送信する制御部と、
前記稼働スケジュールの計算の周期を前記需要者ごとに変更する変更部と、
前記地域のメッシュの組み合わせを変更して、最適制御に係わる地理的領域を時系列で動的に変化させる手段と
を備える、エネルギー管理システム。 - 前記変更部は、前記予測されたエネルギー需要量に基づいて前記稼働スケジュールの計算の周期を変更する、請求項1に記載のエネルギー管理システム。
- 前記サーバ装置は、さらに、
前記計算部による前記稼働スケジュールの計算に係わる負荷を検知する検知部を備え、
前記変更部は、
前記負荷の基準からの逸脱を抑制すべく前記稼働スケジュールの計算の周期を変更する、請求項1に記載のエネルギー管理システム。 - 前記クライアント装置は、
前記制御部から送信された制御情報に前記需要者の意思を反映させるためのインタフェース部を備える、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエネルギー管理システム。 - 前記予測部は、前記エネルギー需要量を異なる基準に基づいて複数予測し、
前記計算部は、前記予測された複数のエネルギー需要量にそれぞれ対応する複数の前記稼働スケジュールを計算し、
前記制御部は、前記計算された複数の稼働スケジュールを前記クライアント装置に送信し、
前記インタフェース部は、前記制御部から送信された複数の稼働スケジュールのうち前記需要者により選択された稼働スケジュールに基づく制御を許可する、請求項4に記載のエネルギー管理システム。 - 前記エネルギー需要量を保持するデータベースを備え、
前記予測部は、前記データベースに保持された過去のエネルギー需要量を読み出して前記エネルギー需要量を予測する、請求項1に記載のエネルギー管理システム。 - 前記取得された前記電気機器に係わるデータと、前記電気機器の制御対象モデルとを保持するデータベースを備え、
前記計算部は、前記データベースに保持されるデータおよび制御対象モデルに基づいて前記稼働スケジュールを計算する、請求項1に記載のエネルギー管理システム。 - 前記計算部は、エネルギー単価および前記予測されたエネルギー需要量に基づいて遺伝的アルゴリズムにより前記稼働スケジュールを計算する、請求項1に記載のエネルギー管理システム。
- 前記予測部は、前記エネルギー需要量を異なる基準に基づいて複数予測し、
前記インタフェース部は、前記予測された複数のエネルギー需要量を前記需要者に提示し、前記提示された複数のエネルギー需要量のうちから前記需要者により選択されたエネルギー需要量を前記サーバ装置に通知し、
前記計算部は、前記需要者により選択されたエネルギー需要量に基づく前記稼働スケジュールを計算し、
前記制御部は、前記計算された稼働スケジュールを前記クライアント装置に送信する、請求項4に記載のエネルギー管理システム。 - 前記クライアント装置は、
前記サーバ装置に前記電気機器に係わるデータを送信して前記稼働スケジュールの計算を要求する通信部を備える、請求項1に記載のエネルギー管理システム。 - 前記取得部、前記予測部、前記計算部、前記制御部および前記変更部の少なくともいずれか1つは、クラウドコンピューティングシステムに分散配置される機能オブジェクトである、請求項1に記載のエネルギー管理システム。
- 複数のクライアント装置と前記複数のクライアント装置と通信可能なサーバ装置とを具備するエネルギー管理システムに適用可能なエネルギー管理方法であって、
前記クライアント装置は、
配電網から電力を供給される需要者の電気機器に係わるデータを前記サーバ装置に送信して、前記電気機器の動作に係わる稼働スケジュールの計算を要求し、
前記サーバ装置は、
雲の移動予測を示す気象情報と、太陽光発電システムの特性をモデル化した太陽光発電モデルと、制御対象とする地域をメッシュ状に区切ってディジタルマップ化したマップデータとに基づいて、前記地域における前記太陽光発電システムの発電量を予測し、
前記電気機器に係わるデータを前記クライアント装置から取得し、
前記電気機器に係わるデータに基づいて前記電気機器のエネルギー需要量を予測し、
前記予測されたエネルギー需要量および発電量に基づいて、前記需要者におけるエネルギー収支を最適化すべく、前記需要者に備わる蓄電池の充放電スケジュール、または、前記需要者に備わる燃料電池の発電スケジュールの少なくともいずれか一方である稼働スケジュールを計算し、
前記計算された稼働スケジュールに基づいて、前記蓄電池または前記燃料電池の少なくともいずれか一方を制御するための制御情報を前記クライアント装置に送信し、
前記稼働スケジュールの計算の周期を前記需要者ごとに変更し、
前記地域のメッシュの組み合わせを変更して、最適制御に係わる地理的領域を時系列で動的に変化させる、エネルギー管理方法。 - さらに、前記予測されたエネルギー需要量に基づいて前記稼働スケジュールの計算の周期を変更する、請求項12に記載のエネルギー管理方法。
- さらに、前記サーバ装置による前記稼働スケジュールの計算に係わる負荷を検知し、
前記負荷の基準からの逸脱を抑制すべく前記稼働スケジュールの計算の周期を変更する、請求項12に記載のエネルギー管理方法。 - 前記クライアント装置は、前記サーバ装置から送信された前記制御情報に前記需要者の意思を反映させる、請求項12乃至14のいずれか1項に記載のエネルギー管理方法。
- 前記予測することは、前記エネルギー需要量を異なる基準に基づいて複数予測し、
前記計算することは、前記予測された複数のエネルギー需要量にそれぞれ対応する複数の前記稼働スケジュールを計算し、
前記制御することは、前記計算された複数の稼働スケジュールを前記クライアント装置に送信し、
前記反映させることは、前記クライアント装置から送信された複数の稼働スケジュールのうち前記需要者により選択された稼働スケジュールに基づく制御を許可する、請求項15に記載のエネルギー管理方法。 - 前記予測することは、前記エネルギー需要量を保持するデータベースに保持された過去のエネルギー需要量を読み出して前記エネルギー需要量を予測する、請求項12に記載のエネルギー管理方法。
- 前記計算することは、前記取得された電気機器に係わるデータと前記電気機器の制御対象モデルとを保持するデータベースに保持されるデータおよび制御対象モデルに基づいて、前記稼働スケジュールを計算する、請求項12に記載のエネルギー管理方法。
- 前記計算することは、エネルギー単価および前記予測されたエネルギー需要量に基づいて遺伝的アルゴリズムにより前記稼働スケジュールを計算する、請求項12に記載のエネルギー管理方法。
- コンピュータにより実行されるプログラムであって、
前記プログラムは、
雲の移動予測を示す気象情報と、太陽光発電システムの特性をモデル化した太陽光発電モデルと、制御対象とする地域をメッシュ状に区切ってディジタルマップ化したマップデータとに基づいて、前記地域における前記太陽光発電システムの発電量を予測し、
配電網から電力を供給される需要者の電気機器に係わるデータをクライアント装置から取得し、
前記電気機器に係わるデータに基づいて前記電気機器のエネルギー需要量を予測し、
前記予測されたエネルギー需要量および発電量に基づいて、前記需要者におけるエネルギー収支を最適化すべく、前記需要者に備わる蓄電池の充放電スケジュール、または、前記需要者に備わる燃料電池の発電スケジュールの少なくともいずれか一方である稼働スケジュールを計算し、
前記計算された稼働スケジュールに基づいて、前記蓄電池または前記燃料電池の少なくともいずれか一方を制御するための制御情報を前記クライアント装置に送信し、
前記稼働スケジュールの計算の周期を前記需要者ごとに変更し、
前記地域のメッシュの組み合わせを変更して、最適制御に係わる地理的領域を時系列で動的に変化させる、プログラム。 - さらに、前記予測されたエネルギー需要量に基づいて前記稼働スケジュールの計算の周期を変更する命令を含む、請求項20に記載のプログラム。
- さらに、前記稼働スケジュールの計算に係わる負荷を検知する命令と、
前記負荷の基準からの逸脱を抑制すべく前記稼働スケジュールの計算の周期を変更する命令とを含む、請求項20に記載のプログラム。 - 前記予測することは、前記エネルギー需要量を異なる基準に基づいて複数予測し、
前記計算することは、前記予測された複数のエネルギー需要量にそれぞれ対応する複数の前記稼働スケジュールを計算し、
前記制御することは、前記計算された複数の稼働スケジュールを前記クライアント装置に送信する、請求項20乃至22のいずれか1項に記載のプログラム。 - 前記予測することは、前記エネルギー需要量を保持するデータベースに保持された過去のエネルギー需要量を読み出して前記エネルギー需要量を予測する、請求項20に記載のプログラム。
- 前記計算することは、前記取得された電気機器に係わるデータと前記電気機器の制御対象モデルとを保持するデータベースに保持されるデータおよび制御対象モデルに基づいて、前記稼働スケジュールを計算する、請求項20に記載のプログラム。
- 前記計算することは、エネルギー単価および前記予測されたエネルギー需要量に基づいて遺伝的アルゴリズムにより前記稼働スケジュールを計算する、請求項20に記載のプログラム。
- クライアント装置と通信可能なサーバ装置において、
配電網から電力を供給される需要者の電気機器に係わるデータを前記クライアント装置から取得する取得部と、
雲の移動予測を示す気象情報と、太陽光発電システムの特性をモデル化した太陽光発電モデルと、制御対象とする地域をメッシュ状に区切ってディジタルマップ化したマップデータとに基づいて、前記地域における前記太陽光発電システムの発電量を予測し、前記電気機器に係わるデータに基づいて前記電気機器のエネルギー需要量を予測する予測部と、
前記予測されたエネルギー需要量および発電量に基づいて、前記需要者におけるエネルギー収支を最適化すべく、前記需要者に備わる蓄電池の充放電スケジュール、または、前記需要者に備わる燃料電池の発電スケジュールの少なくともいずれか一方である稼働スケジュールを計算する計算部と、
前記計算された稼働スケジュールに基づいて、前記蓄電池または前記燃料電池の少なくともいずれか一方を制御するための制御情報を前記クライアント装置に送信する制御部と、
前記稼働スケジュールの計算の周期を前記需要者ごとに変更する変更部と、
前記地域のメッシュの組み合わせを変更して、最適制御に係わる地理的領域を時系列で動的に変化させる手段と
を備える、サーバ装置。 - 前記変更部は、前記予測されたエネルギー需要量に基づいて前記稼働スケジュールの計算の周期を変更する、請求項27に記載のサーバ装置。
- さらに、
前記計算部による前記稼働スケジュールの計算に係わる負荷を検知する検知部を備え、
前記変更部は、
前記負荷の基準からの逸脱を抑制すべく前記稼働スケジュールの計算の周期を変更する、請求項27に記載のサーバ装置。 - 前記予測部は、前記エネルギー需要量を保持するデータベースに保持された過去のエネルギー需要量を読み出して前記エネルギー需要量を予測する、請求項27に記載のサーバ装置。
- 前記予測部は、前記エネルギー需要量を異なる基準に基づいて複数予測し、
前記計算部は、前記予測された複数のエネルギー需要量にそれぞれ対応する複数の前記稼働スケジュールを計算し、
前記制御部は、前記計算された複数の稼働スケジュールを前記クライアント装置に送信する、請求項27乃至30のいずれか1項に記載のサーバ装置。 - 前記計算部は、前記取得された電気機器に係わるデータと前記電気機器の制御対象モデルとを保持するデータベースに保持されるデータおよび制御対象モデルに基づいて前記稼働スケジュールを計算する、請求項27に記載のサーバ装置。
- 前記計算部は、エネルギー単価および前記予測されたエネルギー需要量に基づいて遺伝的アルゴリズムにより前記稼働スケジュールを計算する、請求項27に記載のサーバ装置。
- 前記予測部は、前記エネルギー需要量を異なる基準に基づいて複数予測し、
前記計算部は、前記予測された複数のエネルギー需要量のうちから前記需要者により選択されたエネルギー需要量に基づく前記稼働スケジュールを計算し、
前記制御部は、前記計算された稼働スケジュールを前記クライアント装置に送信する、請求項31に記載のサーバ装置。 - 前記取得部、前記予測部、前記計算部、前記制御部および前記変更部の少なくともいずれか1つは、クラウドコンピューティングシステムに分散配置される機能オブジェクトである、請求項27に記載のサーバ装置。
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