JP6226282B2 - 電力調整装置、電力調整方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、一般に電力調整装置、電力調整方法、プログラム、より詳細には需要家に設置された電力供給設備から電力系統に電力を供給する電力調整装置、この電力調整装置の電力調整方法、電力調整装置を実現するプログラムに関する。

近年、発電設備（発電装置）あるいは蓄電設備（電力貯蔵装置）を備える需要家（facility）がある。需要家の入居者が電力小売事業者となり、他の需要家に電力を販売するための技術が提案されている（たとえば、日本国特許公開番号２０１２−５３７２１（以下「文献１」という）参照）。

文献１には、発電装置の発電量を予測して算出し、一定期間内の電力の市場価格、電力会社が販売する電力価格、電力小売業者（需要家の入居者）が独自に設定する電力価格を用いて収益が最大になる電力の販売日を策定することが記載されている。また、文献１には、収益を最大にするために、系統電源、発電装置（発電設備）、電力貯蔵装置（蓄電設備）を適宜に使い分けることが記載されている。

文献１に記載された技術は、太陽光発電装置と電力貯蔵装置とを用い、太陽光発電装置が発電した電力を電力貯蔵装置に蓄えておき、市場価格が高くなる日を売電最適日として、この日に電力貯蔵装置に蓄えた電力を販売している。

また、売電最適日を定めるために、一定期間（Ｎ日）の中で、１日ごとの電力の販売価格を予想し、販売価格に着眼して売電の候補日を算出し、Ｎ日間の中で電力が最高値となるであろう日程を過去のデータから算出することが記載されている。そして、Ｎ日間の中で、売電の候補日の販売価格と、電力の市場価格との合計がもっとも高い日を算出し、この日を売電最適日として選択している。

さらに、文献１には、Ｎ日間の電力消費量の予測、電力小売事業者が提供する電力価格の想定、系統電源の提供する電力に対する金額なども収益の計算に用いることが記載されている。

文献１に記載された技術は、電力取引の市場において収益を最大化することを目的とし、複数日の中で日毎の電力の市場価格を予想し、収益が最大になる日を求めている。したがって、文献１に記載された技術は、需要家の入居者においてＮ日間の日毎の電力価格を予想することが必要となっている。

本発明は、電力供給設備を備える需要家が電力系統に電力を供給する場合に、電力取引の市場における価格を予測することなく需要家が得る利益を向上させる電力調整装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、この電力調整装置の電力調整方法、電力調整装置を実現するプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る電力調整装置は、需要家が備える電気負荷が所定の対象期間において消費する電力を第１の電力情報として予測する第１の予測部と、前記需要家が備える蓄電設備が前記対象期間において出力可能な電力を第２の電力情報として予測する第２の予測部と、前記対象期間に電力販売業者の電力系統から受電する場合の価格に関する第１の価格情報と、前記対象期間に前記電力系統に給電する場合の価格に関する第２の価格情報と、前記第１の電力情報と、前記第２の電力情報とを用いて、前記対象期間において前記電力系統への給電により得られる収益と前記電力系統からの受電により生じる費用との差分である利益を算出する演算部と、前記蓄電設備に蓄電された電力を前記蓄電設備から前記電力系統に供給する第１の状態と、前記蓄電設備に蓄電された電力を前記蓄電設備から前記電気負荷に供給する第２の状態とを選択する制御部と、前記演算部が算出した前記対象期間における前記利益が最大化されるように前記制御部に前記第１の状態と前記第２の状態とを選択するタイミングを指示する判断部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る電力調整方法は、需要家が備える電気負荷が所定の対象期間において消費する電力を第１の予測部が第１の電力情報として予測し、前記需要家が備える蓄電設備が前記対象期間において出力可能な電力を第２の予測部が第２の電力情報として予測し、前記対象期間に電力販売業者の電力系統から受電する場合の価格に関する第１の価格情報と、前記対象期間に前記電力系統に給電する場合の価格に関する第２の価格情報と、前記第１の電力情報と、前記第２の電力情報とを用いて、前記対象期間において前記電力系統への給電により得られる収益と前記電力系統からの受電により生じる費用との差分である利益を演算部が算出し、前記演算部が算出した前記対象期間における前記利益が最大化されるように、制御部が、前記蓄電設備に蓄電された電力を前記蓄電設備から前記電力系統に供給する第１の状態と、前記蓄電設備に蓄電された電力を前記蓄電設備から前記電気負荷に供給する第２の状態とを選択することを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述したいずれかの電力調整装置として機能させるものである。

本発明の構成によれば、対象期間に電力系統に給電することによる収益と電力系統から受電することによる費用との差分である利益が最大化されるように、蓄電設備から電気負荷に電力を供給するか、蓄電設備から電力系統に電力を供給するかが定められる。したがって、蓄電設備を備える需要家が電力系統に電力を供給する場合に、電力取引の市場における価格を予測することなく需要家が得る利益を向上させるという効果が期待できる。

実施形態１の電力調整装置を示すブロック図である。 実施形態１における対価の設定例を示す図である。 図３Ａ，図３Ｂは、実施形態１において電力取引の例を示す図である。 実施形態２の電力調整装置を示すブロック図である。

（概要）
図１に示すように、以下に説明する電力調整装置１０は、第１の予測部１１と第２の予測部１２と演算部１３と制御部１４と判断部１５とを備える。第１の予測部１１は、需要家１（facility）が備える電気負荷２が所定の対象期間において消費する電力を第１の電力情報として予測する。第２の予測部１２は、需要家１が備える蓄電設備２１が対象期間において出力可能な電力を第２の電力情報として予測する。演算部１３は、対象期間において電力系統３０への給電により得られる収益と電力系統３０からの受電により生じる費用との差分である利益を算出する。演算部１３は、利益を求めるために、対象期間に電力系統３０から受電する場合の価格に関する第１の価格情報と、対象期間に電力系統３０に給電する場合の価格に関する第２の価格情報と、第１の電力情報と、第２の電力情報を用いる。制御部１４は、蓄電設備２１から電力系統３０に電力を供給する第１の状態と、蓄電設備２１から電気負荷２に電力を供給する第２の状態とを選択する。判断部１５は、演算部１３が算出した対象期間における利益が最大化されるように制御部１４に前記第１の状態と前記第２の状態とを選択するタイミングを指示する。

判断部１５は、収益が費用より小さい場合には第２の状態を選択するように制御部１４に指示し、収益が費用より大きい場合には電力取引の市場に参加する条件が成立したと判断することが望ましい。あるいは、判断部１５は、収益が費用より小さい場合には第２の状態を選択するように制御部１４に指示し、収益が費用より大きく、かつ蓄電設備２１の残容量が所定の下限値を超える場合には電力取引の市場に参加する条件が成立したと判断することが望ましい。

さらに、判断部１５は、電力取引で約定した場合は、電力取引の取引条件に従って第１の状態を選択するように制御部１４に指示し、電力取引で約定しない場合は、第２の状態を選択するように制御部１４に指示することが望ましい。

ところで、需要家１は、自然エネルギーを用いて発電する発電設備（太陽光発電設備２２）を備えていてもよい。この場合、判断部１５は、発電設備（太陽光発電設備２２）が発電した電力を電気負荷２に供給するように制御部１４に指示することが望ましい。

この場合、第２の予測部１２は、発電設備（太陽光発電設備２２）が発電する電力を第３の電力情報として予測する機能を有していてもよい。演算部１３は、第１の電力情報および第２の電力情報に加えて、対象期間における第３の電力情報を用いることにより、発電設備が発電した電力を電気負荷２に供給することに伴って低減される費用の修正を行う。さらに、演算部１３は、収益と費用との修正後の差分から利益を算出する。

制御部１４は、発電設備（太陽光発電設備２２）から電気負荷２に電力を供給する第３の状態と、発電設備（太陽光発電設備２２）から蓄電設備２１に電力を供給する第４の状態とを選択する機能を有していてもよい。この場合、判断部１５は、収益が費用より小さい場合には第３の状態を選択するように制御部１４に指示し、収益が費用より大きい場合には第４の状態を選択するように制御部１４に指示することが望ましい。

この場合、第２の予測部１２は、発電設備（太陽光発電設備２２）が発電する電力を第３の電力情報として予測する機能を有していてもよい。演算部１３は、第１の電力情報および第２の電力情報に加えて、対象期間における第３の電力情報を用いることにより、収益または費用の修正を行う。すなわち、演算部１３は、第３の状態が選択される場合は、発電設備（太陽光発電設備２２）が発電した電力を電気負荷２に供給することに伴って低減される費用の修正を行う。また、演算部１３は、第４の状態が選択される場合は、発電設備（太陽光発電設備２２）が発電した電力を蓄電設備２１に蓄電することに伴って増加する収益の修正を行う。さらに、演算部１３は、収益と費用との修正後の差分から利益を算出する。

以下に説明する電力調整方法では、需要家１が備える電気負荷２が所定の対象期間において消費する電力を第１の予測部１１が第１の電力情報として予測する。また、需要家１が備える蓄電設備２１が対象期間において出力可能な電力を第２の予測部１２が第２の電力情報として予測する。さらに、対象期間において電力系統３０への給電により得られる収益と電力系統３０からの受電により生じる費用との差分である利益を演算部が算出する。演算部１３は、利益を算出するにあたり、対象期間に電力系統３０から受電する場合の価格に関する第１の価格情報、対象期間に電力系統３０に給電する場合の価格に関する第２の価格情報、第１の電力情報および第２の電力情報を用いる。そして、演算部１３が算出した対象期間における利益が最大化されるように、制御部１４が、蓄電設備２１から電力系統３０に電力を供給する第１の状態と、蓄電設備２１から電気負荷２に電力を供給する第２の状態とを選択する。

以下に説明するプログラムは、コンピュータを、電力調整装置１０として機能させる。このプログラムは、インターネットのような電気通信回線ＮＴを通して提供されるか、あるいは、コンピュータで読み取りが可能な記憶媒体により提供される。また、以下に説明する取引装置４０は、たとえば、電気事業者が運営するウェブサーバあるいはクラウドコンピュータシステムにより構築される。

したがって、電力調整装置１０は、プログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア要素として備える。この種のプロセッサは、メモリと一体化されたマイコン、メモリとは独立した構成、複数個が連携する構成など、どのような形態であってもよい。

以下、本実施形態について詳述する。本実施形態は、電力系統３０から電力を受電する需要家１が電力供給設備２０を備えることを前提とする。

電力供給設備２０は、蓄電池を備える蓄電設備２１と、太陽電池を備える太陽光発電設備２２との両方を称するが、蓄電設備２１のみであってもよい。蓄電設備２１のみが設けられる場合、蓄電設備２１に設けられた蓄電池の充電は電力系統３０から受電した電力が用いられる。

蓄電設備２１は、需要家１において定位置に設置される据置型の構成のほか、可搬型であってもよく、さらに、電動車両（電気自動車、プラグインハイブリッド車など）に搭載された走行用の蓄電池を利用する構成であってもよい。また、蓄電設備２１は、蓄電池から出力される直流電力を、電力系統３０から受電する交流電力と等価な交流電力に変換する電力変換器を備える。蓄電設備２１は、大容量のキャパシタを備える構成、電力を他のエネルギーに変換して蓄える構成などでもよい。さらに、太陽光発電設備は、自然エネルギーを電力に変換する構成であれば、風力、水力、地熱などのエネルギーを利用する発電設備に代えることが可能である。

需要家１は、病院、ホテル、工場などの非住宅を想定する。また、集合住宅、オフィスビル、商業ビルなどであって複数の住戸、オフィス、店舗が建物内に存在する場合であっても、建物全体の電力をまとめて扱える場合には、複数の住戸、オフィス、店舗を１つの需要家１として、以下に説明する技術を適用可能である。たとえば、個々の住戸、オフィス、店舗に分電盤が配置され、建物全体の配電を行う主分電盤が管理人室あるいは電気室などに配置されていてもよい。あるいは、建物において、高圧一括受電が行われる場合、高圧一括受電を行うための電力量計が計量装置３１として設置されるから、建物全体で受電した電力を計量可能である。さらに、戸建て住宅であっても、地域内の複数の戸建て住宅を集合として一括して扱うことができる場合、以下に説明する技術を採用可能である。たとえば、それぞれの戸建て住宅が備える電力供給設備２０の電力をまとめて扱う電力アグリゲータが存在すれば、複数の戸建て住宅を１つの需要家１と扱うことができる。

需要家１が病院、ホテル、工場、集合住宅、オフィスビル、商業ビルなどであれば、蓄電設備２１の電力容量は１００ｋＷｈ以上であり、１０００ｋＷｈを超える電力容量の蓄電設備２１が設置される場合もある。同様に、複数の戸建て住宅が集合している地域において、蓄電設備２１が共有される場合、大容量の蓄電設備２１を設置することが可能である。

上述した複数の住戸等の集合が電力供給設備２０を共用する場合、電力系統３０を通して複数の住戸等に電力を供給する電気事業者が集合内の複数の住戸等を一括して１つの需要家１として扱うサービス事業者が存在することが望ましい。この種のサービス事業者は、発電事業を行う電気事業者の代行として複数の住戸、オフィス、店舗、戸建て住宅の集合に対してサービスを提供する。この種のサービス事業者は、たとえば、電力アグリゲータを含むデマンドレスポンス事業者が考えられる。

電気事業者は、一般電気事業者（いわゆる電力会社）のほか、卸供給事業者、特定電気事業者、特定規模電気事業者などから選択される電気事業者、発電事業を行わずに他社から電力を購入して需要家１に販売するサービス事業者であってもよい。

なお、需要家１が戸建て住宅の場合、蓄電設備２１の電力容量は１〜１０ｋＷｈ程度であるが、この程度の小規模の蓄電設備２１であっても、電力取引が可能である場合には、以下に説明する技術を採用可能である。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、電力供給設備２０が蓄電設備２１のみである場合について説明する。すなわち、需要家１は、電力を消費する複数の電気負荷２を備えるだけではなく、電力系統３０への電力供給を可能にした蓄電設備２１を備える。また、需要家１の建物には分電盤３２が設置され、分電盤３２に電力系統３０と蓄電設備２１と電気負荷２とが接続される。分電盤３２は、電力系統３０から受電する主幹回路（図示せず）と、主幹回路から複数系統に分岐された分岐回路（図示せず）とを形成する。つまり、分電盤３２は、電力系統３０から受電した電力を複数系統の電気負荷２に供給する配線網を需要家１の建物内に形成する。

蓄電設備２１が備える蓄電池の充電と放電との期間および電力は制御部１４が制御する。本実施形態において、蓄電設備２１が備える蓄電池の充電は、電力系統３０から受電した電力で行われる。蓄電設備２１から電力系統３０に電力を供給する第１の状態と、蓄電設備２１から電気負荷２に電力を供給する第２の状態とは、分電盤３２に内蔵した切替器（図示せず）を制御部１４が切り替えることにより選択される。

制御部１４が第１の状態を選択した場合、電力系統３０に対する電力の逆潮流が行われるから、需要家１は電力系統３０に逆潮流を行った電力に見合う対価（収益）を電気事業者あるいはサービス事業者から受け取ることが可能である。一方、制御部１４が第２の状態を選択した場合、需要家１の電気負荷２が要求する電力の少なくとも一部を蓄電設備２１の電力によって充足させるから、電力系統３０から受電する電力が低減される。つまり、第２の状態が選択されると、電力系統３０から受電したことに対して需要家１が支払う対価（費用）が減少する。

分電盤３２には、主幹回路と複数系統の分岐回路とのそれぞれを通過した電力を計量する計量装置３１が付設される。計量装置３１は、分電盤３２の筐体に収納されるか、分電盤３２とは別の筐体に収納される。また、主幹回路を通過した電力の値は、需要家１に設置された電力量計（電力メータ）で計量された値でもよい。それぞれの分岐回路を通過した電力の値は、分電盤３２とは別に設けられる計測ユニットで計量された値でもよい。主幹回路を通過する電力については、電力系統３０から受電した電力と電力系統３０に逆潮流した電力とが個々に計量される。

計量装置３１は、着目する回路を通過する電流を計測する電流センサ（図示せず）と、着目する回路の線間の電圧値と電流センサが計測した電流値とを用いて電力を算出する算出部（図示せず）とを備えた電子式の電力計であることが望ましい。なお、本実施形態の計量装置３１は、分岐回路ごとに通過した電力を計量できなくてもよく、少なくとも電気負荷２が消費した総電力を計量できればよい。

蓄電設備２１は、蓄電設備２１に設けられた蓄電池（図示せず）の残容量（蓄電量）を計量する機能も有する。蓄電池の残容量をリアルタイムで計量する技術が知られているが、少なくとも、蓄電池の充電あるいは放電を開始した時点の残容量が計量できればよく、充電あるいは放電を終了した時点の残容量が計量できればさらによい。

ところで、本実施形態は、所定の対象期間において、電力系統３０に給電することにより受け取る対価（収益）と、電力系統３０から受電することによって支払う対価（費用）との差分である利益を最大にすることを目的にしている。

電力系統３０に給電する売電の際の単価と、電力系統３０から受電する買電の単価とは、電気事業者との取り決めによって、季節、時間帯、電力の大きさ（たとえば、３０分間の電力量）などに応じて定められる。また、需要家１に設けられた電気負荷２が消費する電力は時間経過に伴って変化する。さらに、蓄電設備２１に蓄えられた電力を、電力系統３０に供給するか、電気負荷２に供給するに応じて、電力系統３０から受電あるいは電力系統３０に給電する電力が変化する。したがって、対象期間が定められているとき、これらの要素を組み合わせることによって、対象期間において利益を最大化する解が得られると考えられる。

いま、時刻ｔにおいて、売電の単価をＵ１（ｔ）、買電の単価をＵ２（ｔ）、電気負荷２が消費する電力をＷｃ（ｔ）、蓄電設備２１が出力（放電）可能な電力をＷｓ（ｔ）とする。ここでは、蓄電設備２１を充電する電力は含まない。また、電力の単位は、売電および売電の単価が適用される最小の電力量とする。

収益は、Ｗｓ（ｔ）＞Ｗｃ（ｔ）の場合に、Ｕ１（ｔ）×（Ｗｓ（ｔ）−Ｗｃ（ｔ））が最小であり、蓄電設備２１が放電可能な電力Ｗｓ（ｔ）があれば、Ｕ１（ｔ）×Ｗｓ（ｔ）が最大である。つまり、蓄電設備２１が放電可能な電力Ｗｓ（ｔ）をできるだけ電気負荷２で消費すれば収益は最小になり、蓄電設備２１が放電可能な電力Ｗｓ（ｔ）をすべて電力系統３０に供給すれば収益は最大になる。

一方、費用は、Ｗｓ（ｔ）＜Ｗｃ（ｔ）の場合に、Ｕ２（ｔ）×（Ｗｃ（ｔ）−Ｗｓ（ｔ））が最小であり、蓄電設備２１が放電可能な電力Ｗｓ（ｔ）に関わりなく、Ｕ２（ｔ）×Ｗｃ（ｔ）が最大である。すなわち、蓄電設備２１が放電可能な電力Ｗｓ（ｔ）をすべて電気負荷２で消費すれば費用は最小になり、電気負荷２で消費する電力Ｗｃ（ｔ）を電力系統３０から受電する電力のみで充足させると費用は最大になる。

対象期間には、収益が生じる期間と費用が生じる期間との少なくとも一方が含まれる。また、対象期間に収益が生じる期間と費用が生じる期間との両方が含まれる場合に、両期間が同時には生じることはなく、時刻毎に収益と費用との一方が生じる。したがって、対象期間における利益が最大になるように、電力系統３０に電力を供給する第１の状態と電力系統３０から電力を受電する第２の状態とを選択することが可能である。

第１の状態と第２の状態とは、対象期間における利益を最大にするように選択されるから、対象期間における諸条件に応じた利益を見積もる必要がある。利益は演算部１３が算出する。

演算部１３が対象期間における利益を算出には、電力系統３０から受電する場合の価格（単価）に関する第１の価格情報と、電力系統３０に給電する場合の価格（単価）に関する第２の価格情報とが必要である。第１の価格情報および第２の価格情報は、電気事業者との契約によるから、電気事業者が運営しているコンピュータサーバからインターネットのような電気通信回線ＮＴを通して取得されるか、あるいは需要家１において入力装置を用いて設定される。入力装置は、電力調整装置１０に付設される専用装置のほか、電力調整装置１０に設けられるインターフェイス部を通して通信するコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末のような外部装置であってもよい。第１の価格情報および第２の価格情報は、電力調整装置１０に設けられたメモリ（図示せず）に格納される。

また、演算部１３が対象期間における利益を算出するには、定められた対象期間において電気負荷２が消費する電力の動的な変化に関する情報（第１の電力情報）と、蓄電設備２１が出力可能な電力の情報（第２の電力情報）とが必要である。ここで、対象期間は、少なくとも過去の期間ではなく、演算部１３が利益の計算を実施する時点の後の期間であるから、第１の電力情報および第２の電力情報は予測しなければならない。

そのため、電力調整装置１０は、対象期間における第１の電力情報を予測する第１の予測部１１と、対象期間における第２の電力情報を予測する第２の予測部１２とを備える。第１の予測部１１が第１の電力情報を予測し、かつ第２の予測部１２が第２の電力情報を予測するためには、需要家１における過去の実績が必要である。対象期間における第１の電力情報および第２の電力情報は、過去において対象期間と同様の条件であったときの実績に基づいて予測される。

すなわち、対象期間における第１の電力情報および第２の電力情報を予測するために用いる条件は、季節、時間帯、曜日、天候、気温などから選択され、条件の類似度が高いほど予測精度も高くなると推測される。また、第１の予測部１１と第２の予測部１２とは、予測の直後に対象期間が設定されている場合には、予測を行う時点までの直近の過去の実績も加味して第１の電力情報および第２の電力情報を予測してもよい。

第１の予測部１１が第１の電力情報を予測し、第１の予測部１１が第２の電力情報を予測すると、判断部１５は、対象期間において演算部１３が算出する利益が最大になるように、第１の状態と第２の状態とを選択するタイミングを決定する。判断部１５は、決定したタイミングを制御部１４に指示し、制御部１４は判断部１５に指示されたタイミングで第１の状態と第２の状態とを選択する。

ところで、本実施形態は、電力取引の市場が存在していることを想定している。電力取引は、電力の買い手が存在し、買い手の要求に応じられる売り手が存在する場合に成立する。電力取引は、電力の買い手および売り手が、取引条件を示して募集する。電力取引の市場を管理する装置は取引装置４０であって、買い手および売り手の端末装置がインターネットのような電気通信回線ＮＴを通して、取引装置４０に取引条件を示すことにより、電力取引が行われる。

取引装置４０は、買い手が示す取引条件と売り手が示す取引条件とから需要と供給の均衡点を探り、均衡点が得られた場合は電力取引を成立（約定）させ、均衡点が得られない場合は電力取引を不成立とする。取引条件は、電力の授受の実施期間、実施期間における電力（あるいは電力量）、電力の価格（単価あるいは総額）を含む。取引装置４０は、電力取引の結果を買い手および売り手の端末装置に通知し、電力取引が約定した場合、約定した取引条件も端末装置に通知する。本実施形態は、電力調整装置１０が端末装置に相当する。

本実施形態では、電力取引の例として、電力の売り手と買い手とが、それぞれ複数段階の取引条件を提示する場合を想定する。取引条件のうち実施期間については、買い手側が示す取引条件と売り手側が示す取引条件とに一部でも重複があれば、電力取引が可能になる。つまり、買い手側の要求する実施期間に対して売り手側が提供する実施期間が重複していれば電力取引は可能である。取引条件のうち電力および価格については、売り手と買い手との双方が、それぞれ複数種類の組み合わせを示す。取引装置４０は、売り手の取引条件と買い手の取引条件とにおいて、価格が一致する点を均衡点とする。

一般に、電力の買い手は、価格が低いほど多くの電力を買い取るように電力と価格との組み合わせを設定し、電力の売り手は、価格が高いほど多くの電力を売り渡すように電力と価格との組み合わせを設定する。したがって、電力の買い手が設定する価格の範囲と、電力の売り手が設定する価格の範囲とに重複する領域が存在していれば、取引装置４０は均衡点を見出すことが可能になる。

取引装置４０が行う電力取引の一例を図２に示す。図示例は、電力量と１ｋＷｈ当たりの電力の単価との組み合わせを用いて電力取引を行う例を示している。図２は、電力の買い手について、１時間当たりに買い取り可能な電力量と単価とが図３Ａの関係であり、電力の売り手について、１時間当たりに売り渡し可能な電力量と単価とが図３Ｂの関係である場合を想定している。

図３Ａ，図３Ｂの例では、電力の買い手は、単価が７．００円以下であると、２８，０００ｋＷｈを買い取り可能であり、単価が８．５０円を超え９．００円以下であると、５，０００ｋＷｈを買い取り可能である。また、電力の買い手は、単価が９．００円を超えると、電力の買い取りを断念する。一方、電力の売り手は、単価が７．００円を超え７．２０円以下であると、７，０００ｋＷｈまで売り渡し可能であり、単価が９．００円を超えると、２５，０００ｋＷｈまで売り渡し可能である。また、電力の売り手は、単価が７．００円以下であると、電力の売り渡しを行わない。

以下では、図２に示す電力量と単価との関係を表すグラフのうち、買い手を表すグラフを需要線Ｌ１と呼び、売り手を表すグラフを供給線Ｌ２と呼ぶ。このグラフを用いると、買い手が要求する電力量と売り手が供給可能な取引電力量とが一致する点（均衡点）は、需要線Ｌ１と供給線Ｌ２との交点Ｐ１で表される。すなわち、図２に示す関係では、約定した電力量は１時間当たり１２，０００ｋＷｈであり、このときの１ｋＷｈ当たりの単価は８．１０円である。

このように、売り手と買い手との間で均衡点が得られると、取引装置４０は、売り手と買い手とに対して約定したことを、成立した条件とともに通知する。ここで、約定した電力量が買い手にとって不足している場合、不足分は別途に調達される。上述した例では、約定した電力量が１時間当たり１２，０００ｋＷｈであり、買い手は１時間当たり１３，０００ｋＷｈを必要としていれば、１，０００ｋＷｈの不足が生じているから、この不足分は別に調達される。

上述した取引例は一例であり、実際にはさらに多数の参加者が存在することが想定されるから、約定を成立させる組み合わせは、膨大な数になる可能性がある。そのため、確率的アルゴリズムあるいは遺伝的アルゴリズムのように、比較的良好な解を有限時間で求めることが可能なアルゴリズムによって、適切な組み合わせを抽出することが望ましい。

また、上述した例では、需要線Ｌ１と供給線Ｌ２とが、ともに直線の組み合わせによる不連続線で表現されているが、滑らかに連続した曲線で表現されていてもよい。また、需要線Ｌ１と供給線Ｌ２との関係は、買い手と売り手とのそれぞれの環境条件に応じて様々に設定される。ここでの環境条件は、買い手あるいは売り手の資金力、電力需要の緊急度などを意味する。

本実施形態において、電力調整装置１０が、取引装置４０に対して電力取引への参加を要求する条件は、上述した対象期間において、電力系統３０に給電する場合の価格が電力系統３０から受電する場合の価格よりも高いことである。この場合、売電の価格が買電の価格よりも高い期間には、蓄電設備２１から電力系統３０に給電したことによって、電気負荷２に供給する電力を電力系統３０から受電したとしても、売電と買電との差額によって需要家１に利益が生じる。

したがって、判断部１５は、電力系統３０に給電する場合の価格が電力系統３０から受電する場合の価格よりも高い場合に電力取引に参加する条件が成立したと判断する。判断部１５は、この条件が成立すれば、取引装置４０に対して取引条件を示して電力取引への参加を要求することが可能である。ただし、本実施形態は、電力系統３０に供給する電力を蓄電設備２１から出力するから、対象期間において蓄電設備２１から電力を供給するタイミングによっては、蓄電設備２１から電力系統３０に給電できない可能性がある。

そのため、判断部１５は、蓄電設備２１で計量された蓄電池の残容量を用い、残容量が所定の下限値を超えることを電力取引の市場に参加する条件に加えることが望ましい。残容量の下限値は、電気負荷２で消費する電力を考慮して設定される。すなわち、電気負荷２で消費される電力が予測されているから、電気負荷２に供給する電力を差し引いた残りに一定値（マージン）を加算して下限値とすればよい。

対象期間における蓄電設備２１の残容量、つまり、蓄電設備２１から出力可能な電力量は、上述したように第２の予測部１２が予測する。したがって、判断部１５は、第１の電力情報および第２の電力情報と、第２の予測部１２が予測した情報とを用い、売電の価格が買電の価格より高く、かつ第２の予測部１２に予測された残容量が設定した下限値を超えていることを条件として電力取引に参加する。すなわち、判断部１５は、このような２種類の条件がともに成立すると、取引装置４０に対して電力取引への参加を要求する。

電力調整装置１０が取引装置４０に対して電力取引への参加を要求したとしても、取引条件が合致しない場合、あるいは他の売り手による取引条件が買い手にとって有利である場合など、電力取引が約定しない場合もある。判断部１５は、電力取引が約定しない場合には、電力系統３０への給電を行わず、蓄電設備２１の電力を必要に応じて電気負荷２に供給するように制御部１４に指示する。つまり、判断部１５は、電力取引が約定すると制御部１４に第２の状態を選択するように指示し、電力取引が成立しなければ制御部１４に第１の状態を選択するように指示する。

また、電力系統３０に蓄電設備２１から電力を供給する場合の価格が、電力系統３０から受電する場合の価格よりも低い場合にも、第１の状態を選択するように制御部１４に指示する。要するに、電力系統３０から受電する価格が高く、かつ電力系統３０に給電する価格が低い場合には、電力系統３０からの受電を減らし、蓄電設備２１から電気負荷２に給電するほうが需要家１にとっての利益が大きくなるから、第１の状態が選択される。

なお、判断部１５は、売電の価格と買電の価格とを比較して電力取引への参加を行うか否かを判断する場合と同様に、電力取引の際に、対象期間において電力取引に約定した場合の価格と電力取引に約定しない場合の価格とを比較する。判断部１５は、電力取引において、買い手が示す価格では合意できない場合に、電力取引を不成立とする。

上述した構成例において、対象期間は、１日程度の期間でよいが、１週間以上で３ヶ月程度の期間であってもよい。また、電気負荷２で消費する電力の時間経過に伴う変化は、１日を単位とすれば、平日と休日とにおいて大きく異なると考えられるから、対象期間は平日と休日とに分けて設定することも可能である。あるいはまた、平日と休日とを含むように対象期間を設定することも可能である。

上述した電力調整装置１０の構成例において、第１の予測部１１、第２の予測部１２、演算部１３、制御部１４、判断部１５は、需要家１に設けることが可能であり、また、制御部１４を除いて需要家１とは別に設けることも可能である。需要家１とは別にこれらの構成を設ける場合、電力調整装置１０は、ウェブサーバあるいはクラウドコンピュータシステムを用いて実現してもよい。

これらの構成では、需要家１に設置された計量装置３１から得られる第１の電力情報、および蓄電設備２１が計量した第２の電力情報を第１の予測部１１および第２の予測部１２に引き渡すために、需要家１に通信インターフェイス部を設けることが望ましい。また、制御部１４に判断部１５が約定したか否かを通知するために、需要家１に通信インターフェイス部を設けることが望ましい。

すなわち、需要家１に通信インターフェイス部が設けられることにより、第１の予測部１１、第２の予測部１２、演算部１３、判断部１５を、需要家１に設けなくとも、取引装置４０が提供するサービスを需要家１において享受することが可能になる。図示例では判断部１５は演算部１３を通して制御部１４に情報を引き渡しているが、判断部１５は演算部１３を通さずに制御部１４に情報を引き渡してもよい。

なお、上述した実施形態において、蓄電設備２１は、需要家１に据え置かれる構成を想定しているが、蓄電設備２１の蓄電池は、電動車両に搭載された蓄電池であってもよい。蓄電設備２１から電気負荷２に電力を供給するか、電力系統３０に電力を供給するかを最終的に判断するには、他の条件が考慮される場合もある。

（実施形態２）
実施形態１は、電力供給設備２０が蓄電設備２１のみであったが、本実施形態は、図４のように、電力供給設備２０が太陽光発電設備２２を含む場合を例示する。太陽光発電設備２２は、蓄電設備２１のように充電を考慮する必要がないが、発電される電力は一定ではなく、太陽光発電設備２２を構成する太陽電池に入射する光の強度、光の入射角度、波長成分、温度などに依存し、出力可能な電力は時々刻々変化する。また、太陽光発電設備２２は、定電圧を出力するのではなく出力電圧が配電網の線間電圧に追従するように構成されている。すなわち、太陽光発電設備２２は、電力系統３０から受電している間に発電する電力が変動した場合、太陽光発電設備２２から出力される電圧は電力系統３０の電圧に維持され、電流が電力の変動に追従して変動する。

太陽光発電設備２２が発電する電力は、天候、気温などに応じて予測される。つまり、本実施形態における第２の予測部１２は、蓄電設備２１の残容量だけではなく、太陽光発電設備２２が発電する電力も予測する。以下、太陽光発電設備２２が発電すると予測される電力を第３の電力情報という。第３の電力情報は、対象期間だけではなく、対象期間が開始される前についても予測することが望ましい。

太陽光発電設備２２が発電する電力は、電気負荷２への電力の供給と、蓄電設備２１の充電とのいずれかに用いられる。すなわち、制御部１４は、太陽光発電設備２２から電気負荷２に電力を供給する第３の状態と、太陽光発電設備２２から蓄電設備２１に電力を供給する第４の状態とを選択する機能を有する。

制御部１４が第３の状態を選択するか第４の状態を選択するかは、収益と費用との大小関係によって判断部１５が定める。すなわち、判断部１５は、対象期間において電力系統３０への給電により得られる収益と電力系統３０からの受電により生じる費用との大小を比較し、収益が費用より小さい場合には第３の状態を選択し、収益が費用より大きい場合には第４の状態を選択する。

要するに、太陽光発電設備２２が発電した電力は、対象期間において蓄電設備２１から電力系統３０への給電に伴う収益が電力系統３０からの受電に伴う費用より小さければ、電気負荷２に供給され、受電に伴う費用の軽減に寄与する。一方、対象期間において、蓄電設備２１から電力系統３０への給電に伴う収益が電力系統３０からの受電に伴う費用より大きければ、太陽光発電設備２２が発電した電力は、電力市場での取引に備えて蓄電設備２１の充電に利用される。太陽光発電設備２２が発電した電力は、対象期間の前に蓄電設備２１の充電に利用するほか、対象期間中においても蓄電設備２１の充電に利用可能である。

ところで、上述したように、太陽光発電設備２２が発電する電力を第２の予測部１２が予測して第３の電力情報が得られている。したがって、演算部１３は、利益を算出する際に、第１の電力情報（電気負荷２が消費する電力）および第２の電力情報（蓄電設備２１が出力可能な電力）に加えて、対象期間における第３の電力情報を用いて利益を算出することが可能である。

いま、対象期間において、太陽光発電設備２２が発電した電力を電気負荷２に優先的に供給するとすれば、需要家１が電力系統３０から受電する電力は、電気負荷２に太陽光発電設備２２から給電した分だけ減少する。したがって、太陽光発電設備２２を設けていない場合に比べて、電力系統３０からの受電により生じる費用が減少する。

そこで、演算部１３は、第１の電力情報と第２の電力情報とに加えて、第３の電力情報を用いることにより、太陽光発電設備２２が発電した電力の分だけ費用を低減させる修正を行う。演算部１３は、第２の電力情報から得られる収益と、第１の電力情報に第３の電力情報を加味することにより得られる修正後の費用とを用いて利益を算出する。演算部１３が算出した利益は、実施形態１における利益と同様に扱われ、利益が生じない場合には制御部１４において第１の状態が選択され、利益が生じる場合には制御部１４において第２の状態が選択される。

視点を変えると、太陽光発電設備２２が発電した電力を電気負荷２に供給することは、蓄電設備２１から電気負荷２に供給する電力を低減させるということでもある。この観点で言えば、太陽光発電設備２２を設けていない場合に比べて、蓄電設備２１に蓄えた電力のうち電力市場で取引可能な電力が増加するとも言える。つまり、演算部１３は、第２の電力情報に加えて対象期間における第３の電力情報を用いることにより、第２の電力情報を第３の電力情報で修正して収益を増加方向に修正することも可能である。この場合、演算部１３は、利益を修正後の収益と費用との差分として求めることになる。

上述したように、制御部１４が第３の状態と第４の状態とを選択する場合、演算部１３は、第１の電力情報および第２の電力情報に加えて、対象期間における第３の電力情報を用いることにより、収益と費用との少なくとも一方の修正を行うことが望ましい。すなわち、第３の状態が選択される場合、演算部１３は、上述した動作と同様に、太陽光発電設備２２が発電した電力が電気負荷２に供給されることに伴って費用を低減させるように、費用の修正を行う。一方、第４の状態が選択される場合、演算部１３は、太陽光発電設備２２が発電した電力を蓄電設備２１に蓄電することに伴って収益を増加させるように、収益の修正を行う。そして、演算部１３は、このようにして修正された収益と費用との差分から利益を算出する。

なお、第３の電力情報は、対象期間の開始前の期間において、太陽光発電設備２２が発電する電力を予測した情報を含んでいてもよい。この場合、第１の電力情報および第２の電力情報も、対象期間の開始前の期間における情報を含んでいることが望ましい。すなわち、将来の所定期間である対象期間が開始前の期間に関して、電気負荷２が消費する電力の予測値と、蓄電設備２１の残容量の予測値と、太陽光発電設備２２が発電する電力の予測値とが求められる。これらの予測値を用いると、蓄電設備２１が対象期間の開始時点で満充電に近づくように、蓄電設備２１の充電および放電を制御することが可能である。

なお、太陽光発電設備２２が発電する電力が、電気負荷２で消費される電力を上回っていて余剰電力を生じ、かつ蓄電設備２１が満充電である場合には、余剰電力を電力系統３０に逆潮流することによって、売電による収入を得るようにしてもよい。また、余剰電力が生じた場合に蓄電設備２１が満充電でなければ、余剰電力を蓄電設備２１の充電に用いてもよい。

本実施形態の他の構成および動作は実施形態１と同様である。本実施形態では、電力供給設備２０として蓄電設備２１だけではなく、太陽光発電設備２２も併用するから、利用可能な電力が増加し、利益の増加が期待できる。とくに、太陽光発電設備２２は、自然エネルギーを用いて発電するから、発電に伴う費用が発生せず、より一層の利益の増加が期待できる。なお、上述したように、本実施形態において、太陽光発電設備２２は、風力、水力、地熱などの自然エネルギーを用いて発電する他の発電設備に置き換えることが可能である。

Claims (10)

1. 需要家が備える電気負荷が所定の対象期間において消費する電力を第１の電力情報として予測する第１の予測部と、
   前記需要家が備える蓄電設備が前記対象期間において出力可能な電力を第２の電力情報として予測する第２の予測部と、
   前記対象期間に電力販売業者の電力系統から受電する場合の価格に関する第１の価格情報と、前記対象期間に前記電力系統に給電する場合の価格に関する第２の価格情報と、前記第１の電力情報と、前記第２の電力情報とを用いて、前記対象期間において前記電力系統への給電により得られる収益と前記電力系統からの受電により生じる費用との差分である利益を算出する演算部と、
   前記蓄電設備に蓄電された電力を前記蓄電設備から前記電力系統に供給する第１の状態と、前記蓄電設備に蓄電された電力を前記蓄電設備から前記電気負荷に供給する第２の状態とを選択する制御部と、
   前記演算部が算出した前記対象期間における前記利益が最大化されるように前記制御部に前記第１の状態と前記第２の状態とを選択するタイミングを指示する判断部とを備える
   ことを特徴とする電力調整装置。
2. 前記判断部は、前記収益が前記費用より小さい場合には前記第２の状態を選択するように前記制御部に指示し、前記収益が前記費用より大きい場合には電力取引の市場に参加する条件が成立したと判断する
   請求項１記載の電力調整装置。
3. 前記判断部は、前記収益が前記費用より小さい場合には前記第２の状態を選択するように前記制御部に指示し、前記収益が前記費用より大きく、かつ前記蓄電設備の残容量が所定の下限値を超える場合には電力取引の市場に参加する条件が成立したと判断する
   請求項１記載の電力調整装置。
4. 前記判断部は、前記電力取引で約定した場合は、前記電力取引の取引条件に従って前記第１の状態を選択するように前記制御部に指示し、前記電力取引で約定しない場合は、前記第２の状態を選択するように前記制御部に指示する
   請求項２又は３記載の電力調整装置。
5. 前記需要家は自然エネルギーを用いて発電する発電設備をさらに備え、
   前記判断部は、前記発電設備が発電した電力を前記電気負荷に供給するように前記制御部に指示する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力調整装置。
6. 前記第２の予測部は、前記発電設備が発電する電力を第３の電力情報として予測する機能を有し、
   前記演算部は、前記第１の電力情報および前記第２の電力情報に加えて、前記対象期間における前記第３の電力情報を用いることにより、前記発電設備が発電した電力を前記電気負荷に供給することに伴って低減される前記費用の修正を行い、前記収益と前記費用との修正後の差分から前記利益を算出する
   請求項５記載の電力調整装置。
7. 前記需要家は自然エネルギーを用いて発電する発電設備をさらに備え、
   前記制御部は、前記発電設備から前記電気負荷に電力を供給する第３の状態と、前記発電設備から前記蓄電設備に電力を供給する第４の状態とを選択する機能を有し、
   前記判断部は、前記収益が前記費用より小さい場合には前記第３の状態を選択するように前記制御部に指示し、前記収益が前記費用より大きい場合には前記第４の状態を選択するように前記制御部に指示する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力調整装置。
8. 前記第２の予測部は、前記発電設備が発電する電力を第３の電力情報として予測する機能を有し、
   前記演算部は、前記第１の電力情報および前記第２の電力情報に加えて、前記対象期間における前記第３の電力情報を用いることにより、前記第３の状態が選択される場合は、前記発電設備が発電した電力を前記電気負荷に供給することに伴って低減される前記費用の修正を行い、前記第４の状態が選択される場合は、前記発電設備が発電した電力を前記蓄電設備に蓄電することに伴って増加する前記収益の修正を行い、前記収益と前記費用との修正後の差分から前記利益を算出する
   請求項７記載の電力調整装置。
9. 需要家が備える電気負荷が所定の対象期間において消費する電力を第１の予測部が第１の電力情報として予測し、
   前記需要家が備える蓄電設備が前記対象期間において出力可能な電力を第２の予測部が第２の電力情報として予測し、
   前記対象期間に電力販売業者の電力系統から受電する場合の価格に関する第１の価格情報と、前記対象期間に前記電力系統に給電する場合の価格に関する第２の価格情報と、前記第１の電力情報と、前記第２の電力情報とを用いて、前記対象期間において前記電力系統への給電により得られる収益と前記電力系統からの受電により生じる費用との差分である利益を演算部が算出し、
   前記演算部が算出した前記対象期間における前記利益が最大化されるように、制御部が、前記蓄電設備に蓄電された電力を前記蓄電設備から前記電力系統に供給する第１の状態と、前記蓄電設備に蓄電された電力を前記蓄電設備から前記電気負荷に供給する第２の状態とを選択する
   ことを特徴とする電力調整方法。
10. コンピュータを、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力調整装置として機能させるプログラム。

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