JP6293935B2 - 需要側管理方法およびシステム - Google Patents

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Description

本発明は、電気供給ネットワークなどの電力供給ネットワークにおける分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）の管理に関する。特に、本発明は、こうしたネットワークにおいて、最適化された需要側レスポンス（ＤＳＲ）を提供することに関する。
電力供給ネットワークでは、電力潮流構造は、順に、発電、送電、配電および需要側で構成されている。
資産およびエネルギーを無駄にしない、より効率的なネットワークを提供しようとするには、供給と需要とが理想的に調和していなければならない。従来、主に供給側を需要と調和させようと管理することにより、これが達成されてきた。しかしながら、供給側のみを需要と調和するように管理することは費用がかかる。さらに、ネットワーク内の停電または電力使用制限を回避するために、供給容量は通常、ピーク需要を上回るように管理される。しかしながら、これはとりわけネットワーク内の天然資源およびエネルギーの損失につながる。それは費用がかかるだけでなく、需要（使用）電力／エネルギーの単位当たりの二酸化炭素排出量などの環境負荷が増えることにより、環境に不必要な影響も与える。
近年、需要側も、例えば、ネットワーク内の分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）をリアルタイムで管理できるようにすることによって管理されている。その結果、電力を消費する時間が変わったり、または電力を消費する方法が変わったりしている。しかし、当然のことながら、ユーザは必ずしも、エネルギーを利用する時間または方法を変える必要はない。例えば、ＤＥＲが電力エネルギーを蓄積する時間のみを変えてもよい。こうした管理は、需要側レスポンス（ＤＳＲ）と呼ばれることが多い。例えば、ＤＥＲは、ネットワークに、バッテリ蓄電または他の電力蓄積形式を提供することにより、エネルギーの供給が豊富にあるとき、またはおそらくエネルギー過多でネットワークが送電しきれないときに、エネルギーを蓄積できるようにする。蓄積された電力は、その後、必要時および／またはネットワークが送電可能であるときに、ネットワークに戻すことができる。実際には、ＤＳＲは、例えば、屋上太陽電池パネルによって家庭で局所的に発電された低炭素電力を考慮に入れて、発電した電力をネットワーク上で移送することに伴う資産の容量の損失およびエネルギーの損失の低減に役立てることも可能である。
最終的に、ＤＳＲの最適化によって、電力供給ネットワークを管理して運転を効率化することにより、ネットワークの損失を低減し、需要を満たすエネルギーの生成に対する環境影響全体を低減することができる。例えば、単純化した例では、例えば風力発電機から発電される電力が好ましくない天候により減少し、したがって、化石燃料発電機（例えば、石炭またはガスを燃料とする発電所）を作動させるか、または化石燃料発電機の出力を増加させる必要がある場合、ＤＳＲを使用して電力消費の調節を行うことにより、リアルタイムで需給間のギャップを埋めることができる。
そのうえ、例えば英国では、電力供給ネットワークは、送電システムオペレータ（以下、「ＴＳＯ」ともいう）、配電ネットワークオペレータ（以下、「ＤＮＯ」ともいう）などの専業が異なる企業によって管理されている。電力を蓄積することが難しいため、需要量および供給量は、システムオペレータとしてのＴＳＯによってバランスが保たれている。ＴＳＯは、リアルタイムで供給および／または需要を調達容量内に制御する。予備容量は、発電事業者およびアグリゲータによって供給される。電力供給ネットワーク内の断続的な再生可能エネルギーの使用が増加したために、需要および供給（およびしたがって予備容量）を管理する必要が高まっている。
アグリゲータは、電力供給市場では比例的新規の参入者である。アグリゲータは、分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）を集合させ、ネットワーク内の容量（実際には電力）を生み出す。まず、ＤＥＲは、小型水力発電装置および緊急補助発電機などの装置を含む。しかしながら、情報通信技術（ＩＣＴ）が発達したため、例えばアグリゲータによって制御可能なＤＥＲは、現在では家庭の太陽電池パネルを含む分散型発電機から、電気車両（すなわち、車両に搭載された大容量バッテリ）およびネットワーク内の予備容量を拡大することが可能なヒートポンプなどのエネルギー蓄積資源をさらに含むものへと拡張している。
一方、ＤＮＯは、例えば、法定限度内に電圧変動および電力潮流を維持することにより、配電ネットワークの制約内で配電網を運転する責任がある。しかし、これまでのところ、従来のシステムでは、ＤＮＯに対するアグリゲータのＤＳＲサービスは、ストレス時間（例えば、異常なピーク需要）において、受動的にネットワークの応急処置（「緊急状態レスポンス」）を提供するに留まっている。
さらに、アグリゲータは、電力ネットワークを管理するためのＤＥＲを集約および活用することによって業務を行っている。しかしながら、水平に分業化されたビジネス構造では、ＤＥＲのそれぞれが配電管理またはシステム運転のいずれかのためにのみ活用されることが多い。すなわち、例えば、需要側レスポンス（ＤＳＲ）は、配電ネットワークオペレータ（ＤＮＯ）レベルでの配電制約の管理、または送電システムオペレータ（ＴＳＯ）レベルでの需要−供給バランス管理のいずれかのためにのみ活用される。
このようにＤＥＲが排他的にのみ活用されることにより、ＤＮＯレベルとＴＳＯレベルとの間でＤＳＲの衝突が生じる可能性がある。あるいは、ＴＳＯ向けのＤＳＲによっては、通常の配電管理よりもむしろＤＮＯ向けに余分なＤＳＲがＤＮＯに必要になったり、その逆になったりすることがある。
さらに、このような排他的なＤＥＲの活用が、利用可能なネットワーク資産としてのＤＥＲの十分な活用も妨げる。ＤＮＯ向けの資源によっては、たとえＴＳＯ向けのＤＳＲに役立てられる容量があっても、ＴＳＯ向けのＤＳＲ中に休止したり、その逆になったりすることがある。これは非能率的であり、かつネットワークの損失に結びつき、需要を満たす十分なエネルギーを生成しようとする結果、マイナスの環境影響を生じるおそれがある。
特許文献１は、スマートグリッド管理システムおよび方法を開示している。しかしながら、この特許文献１の開示によれば、ＤＳＲ容量は、ＴＳＯレベルでの電力の需要と供給とのバランスを保つために、完全には適用（最適化）され得ない可能性がある。
国際公開第２０１４／１８６８４６号
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、複数の分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）運転の際、最適な運転計画を提供することができる需要側管理方法およびシステムの提供にある。
本発明は、請求項１に記載の方法を提供し、それにより、ＤＥＲ運転計画を最適化することによってＤＳＲの影響が事前に制御および最適化される。ＤＥＲ運転計画は、ＤＥＲをそれぞれ、（ｉ）ＤＳＲ運転スケジュール有りおよび（ｉｉ）ＤＳＲ運転スケジュール無しで運転することを考慮に入れて、多くの場合にＤＳＲウィンドウと呼ばれる所定の期間中に作動するＤＥＲ集合の運転を検討する。
したがって、本発明は、例えば、複雑な水平に分業化されたビジネス構造における電力供給ネットワークでのＤＥＲの運転を管理するための方法およびシステムを提供することを目的とする。本発明は、需要側の制約を十分考慮に入れつつ、ＤＮＯに対する通常の管理およびＴＳＯに対するＤＳＲの両方によってＤＥＲを活用する。
本発明は、平常時（ＤＳＲが必要でないとき）には、ＤＮＯが所有していないＤＥＲをＤＮＯが活用することを可能にし、ＤＥＲに需要側の制約の制限内で必要とされる限り望ましい挙動を行わせることを目的とする。
方法は、例えば、配電ネットワーク管理のための他の設備と調和させて前日の（前日に作成される）ＤＥＲ運転計画を最適化することができるため、ＤＮＯは、リアルタイムのＤＳＲの実行に先立って、ＤＮＯのネットワークに及ぼすＤＳＲの影響を確認および制御することができる。その結果、方法は、ＤＮＯレベルのネットワーク管理と、ＴＳＯに対する従来のＤＳＲの実行との間の衝突を回避することができる。すなわち、方法によって、アグリゲータは、ＤＮＯに対してもＴＳＯに対してもＤＥＲの有効活用を提供することが可能になる。
スコアの計算は、作成された運転計画を実行するときに、１つまたは複数のネットワークノードにおける予測電圧降下プロファイルを評価することを含んでもよい。
スコアの計算は、ネットワークの負荷率または負荷率の一部を評価することを含んでもよい。
方法は、作成された運転計画のＤＳＲスケジュールに基づいて運転する実現可能性を評価するステップと、実現可能性が否定である場合に運転計画を却下するステップとをさらに含んでもよく、ＤＳＲスケジュールに従って運転するときにＤＥＲによって所定の期間中にネットワークから引き出される電力の減少量が、所望の減少量以上であると決定される場合に、実現可能性が肯定であると評価される。
所望の減少量は、過去の履歴から要求される減少量に基づいて決定されてもよい。
複数の運転計画は反復して作成されてもよい。
別の態様では、本発明は、添付の独立請求項であるシステムの請求項に記載されるように、電力供給ネットワークに電気的に接続されている複数の分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）を運転するためのシステム（装置）を提供する。
スコアを計算する際、システムは、作成された運転計画を実行するときに、１つまたは複数のネットワークノードにおける予測電圧降下プロファイルを評価するように構成されてもよい。
スコアを計算する際、システムは、ネットワークの負荷率または負荷率の一部を評価するように構成されてもよい。
システムは、作成された運転計画のＤＳＲスケジュールに基づいて運転する実現可能性を評価し、かつ実現可能性が否定である場合に運転計画を却下するようにさらに構成されてもよく、ＤＳＲスケジュールに従って運転するときにＤＥＲによって所定の期間中にネットワークから引き出される電力の減少量が、所望の減少量以上であると決定される場合に、実現可能性が肯定であると評価される。
システムは、複数の運転計画を反復して作成するように構成されてもよい。
なお、本明細書において、「ＤＥＲ」は「分散型エネルギー資源」、「ＤＳＲ」は「需要側レスポンス」をそれぞれ表している。
本発明は、複数の分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）運転の際、最適な運転計画を提供することができる。
次に、添付の図面を参照しながら、例として本発明の実施形態を説明する。
本発明の一態様によるシステムの一実施形態を示す。 本発明の一実施形態の代表的なフローチャートを示す。 本発明の一態様に従った方法により作成された最適化ＤＥＲ運転計画を提供する、「ＤＳＲ無し」のスケジュールおよび「ＤＳＲ有り」のスケジュールの例を示す。 本発明の一態様に従った最適化運転計画を作成するための方法の代表的なフローチャートを示す。 ＤＥＲに対する需要側の制約のセットの一例を示す。
図１は、本発明の一実施形態のシステムのアーキテクチャを示す。図では、電力供給ネットワーク１０が、１つまたは複数のネットワークインタフェース１４によって、１つまたは複数の分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）１２に電気的に結合されている。
ＤＥＲ１２はそれぞれ、ネットワークインタフェース１４を介して電力供給ネットワーク１０から、エネルギー、例えば電力を引き出すことができる。ネットワークインタフェースは、例えば、電力調整器であってもよい。通常、ネットワークインタフェース１４は、ＤＥＲ１２と共に設けられ、共同所有者によって所有されてもよい。
ＤＥＲ１２と通信するために通信ユニット１６が設けられている。通信ユニットは、例えば、ＤＥＲとの無線通信または有線通信であってもよい。通信ユニット１６は、例えば、ＤＥＲに制御信号を伝達する。通信ユニット１６は、例えば、ＤＥＲ所有者またはアグリゲータによって所有されてもよい。
ＤＥＲ管理ユニット１８が、ＤＥＲの運転に対する制御を行うために設けられている。このユニットは、応答特性および運転上の需要側の制約などのＤＥＲの特徴を管理し、収集されたＤＥＲ状態情報およびＤＥＲスケジュールに従ってＤＥＲを制御する。このユニットは、通常、アグリゲータによって所有されている。
運転ユニット２０が、（後述するような）前日の「ＤＳＲの実行有り」および「ＤＳＲの実行無し」のＤＥＲ運転計画に従ってＤＥＲを運転する。運転は、ＤＥＲスケジュールに上書きする信号を送信するか、またはＤＥＲ管理ユニットによってＤＥＲを直接制御することにより実現される。このユニットは、通常、「ＤＳＲ無し」の計画に基づいてＤＥＲを運転する。しかしながら、例えば、ＴＳＯからＤＳＲのトリガがある場合、運転ユニットは、「ＤＳＲ有り」の計画に基づいてＤＥＲを運転することができる。このユニットは、通常、アグリゲータによって所有されている。
取引ユニット２２が、適切な電力市場を介して容量（および電力）を取り引きするために設けられ、ＤＳＲ運転結果を市場２４と決済する。このユニットは、通常、アグリゲータによって所有されている。
会計ユニット２６は、消費者（需要側）に対して支払う可能性がある報酬を計算することができ、ＤＮＯに対する通常のＤＥＲ運転およびＴＳＯに対するＤＳＲ運転を消費者と決済する。
様々なデータベース（ＤＢ）、例えば、ＤＥＲ情報ＤＢ２８、契約ＤＢ３０、履歴ＤＢ３２、ネットワークＤＢ３４などが設けられている。例えば、ＤＥＲ情報ＤＢ２８にはＤＥＲ接続点情報が含まれ、契約ＤＢ３０には契約上のＤＳＲ量が含まれている。履歴ＤＢ３２にはＤＥＲの電力消費の履歴データが含まれている。ネットワークＤＢ３４には、ネットワークトポロジーおよび／またはインピーダンス、ならびに各ネットワークノードにおける予測（電力）需要および／または（電力）発電が含まれている。
制御容易性評価ユニット３６が、ネットワークＤＢから取得したネットワークトポロジーおよび／またはインピーダンスと、ネットワークＤＢから取得した各ネットワークノードにおける予測需要および／または発電と、ＤＥＲ情報ＤＢから取得したＤＥＲ接続点情報とを用いることにより、配電ネットワーク管理の適切なリアルタイム制御の容易性をネットワークの評価スコア、例えば、電圧および容量の評価スコアとして評価するために設けられている。このユニットは、ＤＮＯまたはアグリゲータのいずれかが所有することができる。
ＤＥＲ運転計画最適化ユニット３８が、ネットワークの評価スコア、および例えばＤＳＲ実現可能性評価に基づいてＤＥＲ運転計画を最適化するために設けられている。ネットワークの評価スコアおよびＤＳＲ実現可能性評価は、ＤＥＲ管理ユニットから取得した需要側の制約と、例えば、契約ＤＢから取得した契約上のＤＳＲ量とによって決まる。このユニットは、ＤＮＯまたはアグリゲータのいずれかが制御容易性評価ユニットと共に所有することができる。
次に、本発明の一態様に従った方法について記述することにより、上記システムの運転について説明する。
図２は、図１の電力供給ネットワークに結合されたＤＥＲの運転を制御するための運転フローを示す。
ステップＳ２．１において、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットが、ＤＥＲごとのＤＥＲ運転計画を作成する。ＤＥＲ運転計画は、任意の所与の時点において、「ＤＳＲの実行有り」または「ＤＳＲの実行無し」のいずれかでＤＥＲを運転することが可能である、ＤＥＲごとに最適化された運転スケジュールを含む。ＤＥＲ運転計画は、その実施予定日の前日に作成されることが好ましい。したがって、作成（作製）されたＤＥＲ運転計画は、前日のＤＥＲ運転計画であることが好ましい。
最適化されたＤＥＲ運転計画の作成については、図４を参照しながら、以下でより詳細に説明する。
作成後、最適化されたＤＥＲ運転計画は、ネットワークに結合されたＤＥＲの運転を制御するために使用される。ＤＥＲは最適化されたＤＥＲ運転計画に従って運転される。したがって、通常、ＤＥＲは、当初は「ＤＳＲ無し」の計画またはスケジュールに従って運転される。ＤＳＲ命令を受信すると、ＤＥＲは、次に「ＤＳＲ無し」に代わり「ＤＳＲ有り」の計画またはスケジュールに従って運転するように制御される。
したがって、ステップＳ２．２において示されるように、運転ユニットは、運転日に、制御された周期で、例えば３０分ごとに、ステップＳ２．３〜ステップ２．５を繰り返す。運転ユニットが、例えば、ＴＳＯから直接または間接的にＤＳＲ命令（指示）を受信すると（ステップＳ２．３）、次に、運転ユニットは、ステップＳ２．４において、「ＤＳＲ有り」のスケジュールに基づいてＤＥＲを運転する。もしＤＳＲ命令を受信しなければ、運転ユニットは、ステップＳ２．５において、「ＤＳＲ無し」のスケジュールに基づいてＤＥＲの運転を継続する。運転計画の継続時間の終了時に、Ｓ２．６においてプロセスが停止する。次いで、運転計画に包含されている次の期間中、プロセスがＳ２．１から繰り返される。通常、各運転計画は２４時間を対象とする。
こうしたＤＥＲ運転フローにより、ＴＳＯは、例えば、ＤＳＲに対するＤＥＲを有効に活用することが可能であり、例えば、ＤＮＯは、ステップＳ２．１において作成された最適化された前日のＤＥＲ運転計画に従って、ＤＳＲの影響の範囲を事前に知ることができる。
「ＤＳＲの実行有り」のスケジュールおよび「ＤＳＲの実行無し」のスケジュールを備える前日のＤＥＲ運転計画の一例が、図３に示されている。前述したように、本発明に従ったこれらのスケジュールの作成法については、図４を参照しながら後述する。
しかしながら、図からわかるように、各ＤＥＲ（ＤＥＲ１、ＤＥＲ２．．．ＤＥＲｎ）に対して、運転モードがそれぞれの制御サイクルで設定されている。制御サイクルは、ＤＥＲが特定のモードに従って運転される期間である。例えば、図３では、制御サイクルの長さは１時間である。制御サイクルは、任意の所定の長さの時間（所定の時間周期）とすることができる。
したがって、例えば、１６：００〜１７：００における「ＤＳＲ無し」のスケジュールでは、ＤＥＲ１は、通常の蓄積モードに従って運転されることになる。通常の蓄積モードでは、ＤＥＲ１は、（例えば、電力自体を蓄積することにより、または例えば生じた熱を蓄積することにより）エネルギーを蓄積するように制御されている。１８：００〜１９：００では、ＤＥＲ１は、消費モードに従って運転され、消費モードでは、ＤＥＲ１は、エネルギーを消費するが、必ずしもエネルギーを蓄積するとは限らないよいように運転される。それに加えて、消費モード中、ＤＥＲは、電力供給ネットワークから電力を引き出すよりもむしろ単に蓄積エネルギーを使用するのみの場合もあり得る。（しかしながら、それでもなお、ＤＥＲが、例えば、蓄積エネルギーの量を補充するために消費モード中に電力供給ネットワークから電力を引き出す場合もあり得る。）
例えば、消費モードおよび蓄積モードの指定、ならびにこうしたモードの初動スケジュールは、需要側の制約の代表的なものである。特に、蓄積モードおよび消費モードはいずれもエネルギーを消費するが、消費モードが、ＤＥＲのユーザによって特定の時間に発生するように決められている（消費モードは、例えば、ＤＮＯまたはＴＳＯなどの別の事業体によってスケジュール変更され得ない）のに対して、蓄積モードは、例えばＤＮＯまたはＴＳＯなどの別の事業体によってスケジュール変更されることが可能である点で、消費モードは蓄積モードと区別することが可能である。したがって、需要側の制約は、スケジュール変更され得ない第１のスケジュール要素（例えば消費モード）と、スケジュール変更され得る第２のスケジュール要素（例えば蓄積モード）とを含む。
特に、「ＤＳＲ有り」のスケジュールを作成する場合、消費モードは、「ＤＳＲ無し」のスケジュールに対してスケジュール変更され得ないが、一方、蓄積モードは、「ＤＳＲ有り」のスケジュールにおいて、「ＤＳＲ無し」のスケジュールに対してスケジュール変更され得る。
「ＤＳＲウィンドウ」は、ＤＳＲをシステム運転のために実行する必要があり得る典型的な時間として識別されることが好ましい。したがって、「ＤＳＲ有り」のスケジュールを作成する場合、スケジュールの蓄積モードの要素は、「ＤＳＲウィンドウ」内の制御サイクルから「ＤＳＲウィンドウ」外の制御サイクルにスケジュール変更される。「ＤＳＲ有り」のスケジュールにおいて、スケジュールの蓄積モードの要素が、「ＤＳＲ無し」のスケジュールに対してスケジュール変更される場合、それらはＤＳＲ蓄積モードの要素と呼ぶことができる。
例えば、図３を参照すると、１台のヒートポンプ給湯器（ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ）が、制御されたＤＥＲであると仮定すれば、ＤＥＲ運転モードの値は、消費モード、通常の蓄積モード、およびＤＳＲ蓄積モードとして識別することができる。ヒートポンプは、通常の蓄積モード中、電力供給ネットワークから電力を引き出し、かつ蓄積モードの要素はスケジュール変更され得るため、通常の蓄積モードの要素のうちの一部（または可能であれば全部）が、「ＤＳＲ有り」のスケジュールにおいて、「ＤＳＲ無し」のスケジュールに対してＤＳＲ蓄積モードの要素であるようにスケジュール変更され、したがって、ＤＳＲウィンドウ時間から出るように移動される。
したがって、ＤＥＲが、「ＤＳＲ無し」のスケジュールから「ＤＳＲ有り」のスケジュールに切り替えるように指示されると、次いで、例えば、ＤＥＲ１およびＤＥＲ２は、１７：００〜１８：００にはエネルギーを蓄積しないが、代わりに２１：００〜２２：００にエネルギーを蓄積することにより、ＤＳＲウィンドウ中のＤＥＲ１およびＤＥＲ２による電力の消費を削減する。
「ＤＳＲ有り」のスケジュールに切り替える指示は、ＴＳＯのＤＳＲ信号に応答して行われてもよい。例えば、図３に示されるように、ＤＳＲウィンドウの前にＴＳＯから警告を発してもよいし、ＤＥＲに指示を出して、運転スケジュールを「ＤＳＲ無し」のスケジュールから「ＤＳＲ有り」のスケジュールに切り替えるようにしてもよい。
それに応じて、「ＤＳＲ無し」および「ＤＳＲ有り」のスケジュールを備える運転計画が事前に作成される。例えば、スケジュールは、前日に作成してもよい。本発明は、運転計画を最適化するための方法を提供し、それにより、「ＤＳＲ無し」および「ＤＳＲ有り」のスケジュールが最適化されて、電力供給ネットワークを効率的に運転することが可能になり、本明細書に記載された利点を実現する。
［ＤＥＲ運転計画の最適化］
次に、図４の例示的なフローチャートを参照しながら、最適化されたＤＥＲ運転計画を作成するための方法を説明する。最適化されたＤＥＲ運転計画の作成は、図２のステップＳ２．１において行なわれる。
最適化されたＤＥＲ運転計画の作成が、任意選択的なビジネスに焦点を絞った特徴（特に、例えば、契約上の義務および「市場法則」を指す）を含めて説明されていることに留意されたい。本発明の、実社会で市販の実施形態にこうした特徴を含むことが望ましい場合がある一方で、こうした特徴が、必ずしも本発明の技術的効果を実現するとは限らず、重要なことには、こうした特徴があることで、本発明によって提供される技術的効果が損なわれることはない。
図４のステップＳ４．１において、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットは、ＤＥＲ管理ユニットからＤＥＲの運転上の需要側の制約を取得し、電力供給ネットワーク上の運転の制約を取得し、任意選択的に、提供することをオペレータが合意した契約上のＤＳＲ量を契約ＤＢから取得する。
ステップＳ４．２において、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットは、任意選択的に、履歴ＤＢに提供されたＤＥＲの消費履歴データを用いて、かつＤＳＲ市場法則に基づいてＤＳＲベースラインを計算する。
ステップＳ４．３は、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットが、ステップＳ４．４〜Ｓ４．９を例えば反復して繰り返し、最適化された（例えば、前日の）ＤＥＲ運転計画を作成することを示すために用いられている。
取得した需要側の制約に基づいて、本発明の一実施形態では、１回目の反復において、スケジュール変更が可能な要素が無作為にスケジュール（またはスケジュール変更）される「ＤＳＲ無し」のスケジュールおよび「ＤＳＲ有り」のスケジュールを作成することにより、ＤＥＲ運転計画が作成される。これ以外の反復では、「ＤＳＲ有り」および「ＤＳＲ無し」のスケジュールの可能なあらゆるバージョンが、（需要側の制約の限度内で）徹底的に探査される。これは、例えば、先の反復にて実行されるステップＳ４．８において作成されたスケジュールおよび目的関数のスコアの保存されたセットを用いることにより行うことができ、これについては以下で説明する。この探査は、機械学習および／または混合整数計画法などの最適化方法を用いることにより行うことができる。
ステップＳ４．５において、制御容易性評価ユニットは、ネットワークの評価スコアとして、配電ネットワーク管理の適切なリアルタイム制御の容易性を評価する。言いかえれば、ＤＥＲ運転計画を形成する、作成された「ＤＳＲ無し」のスケジュールおよび「ＤＳＲ有り」のスケジュールに基づいて、およびステップＳ４．１で取得したネットワークの制約に基づいて、スコアが作成され、作成されたスケジュールに従ってネットワークを運転し、取得したネットワークの制約（例えば法定限度）内でネットワークの運転を維持することの容易性がどの程度になるかをスコアが表示する。
任意選択的なステップＳ４．６において、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットは、ステップＳ４．２で取得したＤＳＲベースライン、ステップＳ４．１で取得した契約上のＤＳＲ量、ならびに「ＤＳＲ有り」および「ＤＳＲ無し」の総需要などの情報を用いることにより、ＤＳＲウィンドウ時間の各制御サイクルにおけるＤＳＲ実現可能性を評価する。
１つの例では、再びヒートポンプ給湯器を制御されたＤＥＲであると見なし、ヒートポンプ給湯器は、蓄積モード中、単に電力供給ネットワークから電力を引き出すのみであるとすれば、そのＤＥＲに対する「ＤＳＲ有り」の総需要は、図３の「ＤＳＲ有り」のスケジュールの、ＤＳＲウィンドウの各制御サイクルにおけるＤＥＲに対する通常の蓄積モードの総需要として計算される。次いで、すべてのこうしたＤＥＲに対する総需要を適宜に合計することができる。
この例では、ＤＳＲ実現可能性は、ＤＳＲベースライン（例えば、過去の履歴から典型的なＤＳＲの総需要）から差し引かれた所望の（例えば、契約上の）ＤＳＲ量が「ＤＳＲ有り」の総需要よりも大きい場合に、「肯定である」ように設定されている。
所望のＤＳＲ量は、例えば、市場で販売するためのＤＳＲの量であり得る。しかしながら、本発明は、そのように限定されていない。所望のＤＳＲ量は、例えば、風力発電などの断続的なエネルギー資源からのエネルギー供給の異常な低下に相当するバッファを提供するためのＤＳＲの量であり得る。したがって、所望のＤＳＲ量を使用して、後に電力が引き落とし可能になるときまで、電力供給ネットワークからの電力の引き出しを延期することにより、利用可能なエネルギーの使用効率の向上に貢献することが可能である。ＤＳＲベースラインは、過去の履歴から典型的なＤＳＲ総需要であり、通常、需要履歴データを使用することにより予測または推定される。
任意選択的なステップＳ４．７において、ステップＳ４．６におけるＤＳＲ実現可能性評価が肯定である場合、次にプロセスは、任意選択的なステップＳ４．８に進む。それに対し、ステップＳ４．６におけるＤＳＲ実現可能性評価が肯定でない場合、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットは、ステップＳ４．３のループの始めに戻って、別の反復が行われる。これによって、（異なる「ＤＳＲ無し」および／または「ＤＳＲ有り」のスケジュールを有する）異なる運転計画がそれぞれステップＳ４．４〜Ｓ４．７において作成および評価される。
ステップＳ４．８において、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットは、ステップＳ４．５におけるネットワークの評価スコアを用いて、目的関数のスコアを計算する。この目的関数は、単にネットワークの評価スコア自体であってもよい。あるいは、目的関数は、以下で説明するように、それぞれの反復におけるＤＥＲ運転計画の質を表示する任意の他のスコアと組み合わせたネットワークの評価スコアであってもよい。
ステップＳ４．９において、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットは、ＤＥＲ運転計画および目的関数のスコアを互いに関連付けさせて好適に一時保存する。
その後、ステップＳ４．３〜Ｓ４．９が、ネットワーク内の各ＤＥＲの可能なあらゆる「ＤＳＲ有り」および「ＤＳＲ無し」のスケジュールについて繰り返されることにより、ＤＥＲ運転の最適な運転計画を見出す。
ステップＳ４．１０において、ＤＥＲ運転計画最適化ユニットは、保存された目的関数のスコアに基づいて、使用されるＤＥＲ運転計画を選択する。最も高い目的関数のスコアを用いて、対象期間中に、例えば、翌日に使用されるＤＥＲ運転を選択する。
したがって、本発明の一態様によれば、将来（例えば翌日）に使用するための最適化ＤＥＲ運転計画が、供給ネットワークの効率的な使用をもたらす「ＤＳＲ無し」および「ＤＳＲ有り」のスケジュールを含むように作成される。
図５は、ヒートポンプ給湯器など、例示的なＤＥＲに対する需要側の制約の一例を示す。需要側の制約は、通常、ＤＥＲ管理ユニットのユーザインタフェースを介して消費者によって設定される。例では、ユーザは、消費モードを含む各区分に対する時間を設定している。消費モードは、７：００〜９：００に設定されている（図３において異なる時間に設定されている消費モードに類似している）。必要な蓄熱量も需要設定として各区分で定められている。
例えば、蓄積モードの継続時間は、需要側の制約として設定することができる（図５では２時間として示されている）。図３の通常の蓄積モードと同様に、蓄積モードは、別の時間にスケジュール変更され得るが、それに対し、消費時間は、スケジュール変更され得ない。
したがって、図５の需要側の制約は、期間０：００（すなわち午前０時）〜９：００にわたり、７：００〜９：００ではＤＥＲが消費モードで運転されることを明記している。また、ＤＥＲは、０：００〜７：００うちの２時間にわたり、随時蓄積モードで運転することができる。したがって、ステップＳ４．４で「ＤＳＲ無し」および「ＤＳＲ有り」のスケジュールを作成するときに、０：００〜７：００のうちの２時間にわたり、ＤＥＲが蓄積モードで運転される限り、かつ消費モードが７：００から９：００にスケジュール変更されない限り、０：００〜７：００のいずれの時間であっても、通常の蓄積モードおよびＤＳＲ蓄積モードを配置することができる。
また、図からわかるように、別の考えられる需要側の制約は、設定された期間中、ＤＥＲを１つまたは複数の特定のモードで運転することが禁止されるということである。それにより、図５は、２２：００〜０：００に禁止時間が設定され、この期間中の蓄積動作が禁止されていることを示している。需要側の制約は、これ以外にもあり得る。
これらの需要側の制約を設定することにより、本システムは、ＤＳＲの実行を含め、作成されたＤＥＲ運転計画が消費者のＤＥＲ使用に及ぼすあらゆる悪影響を最小限にすることが可能になる。
［ネットワークのリアルタイム制御の容易性］
ここで、配電ネットワーク管理の適切なリアルタイム制御の容易性評価について説明する。評価は、図４のステップＳ４．５で行われる。
以下、例として電圧および／または容量の評価スコアを説明するが、本発明は、必ずしもこれらの例に限定されるものではない。
電圧の評価スコアとして、本発明は、下記式（１）で表される電圧降下プロファイルの形を使用することができる。この電圧の評価スコアが小さいほど、利用可能な電圧制御マージンは大きくなり、ネットワークのリアルタイム制御が容易になる。
上記式（１）において、ネットワーク内の各ノードｋについて、時間ｔにおけるノード電圧Ｖｋ，ｔは、負荷ｌｋ，ｔ、発電量ｍｋ．ｔ、およびネットワークインピーダンスを用いた電圧降下計算によって計算される。スコアは、法定範囲Ｖｌｏｗ−Ｖｕｐｐの送給線の電圧差の比率に相当する。
複数の給電線が同じバンク（ｂａｎｋ）に接続され、バンクで共有の電圧制御を使用するのであれば、スコア計算に給電線の電圧差を使用することが可能である。実際には、ＤＮＯは、法定限度内にリアルタイム電圧値を保つ必要があり、変圧器、ステップ電圧調整器など、当技術分野で公知の従来の電圧制御装置を配電ネットワーク上で使用して電圧を制御する。評価スコアが良好である場合、それは、ＤＮＯが供給ネットワークを制御して、法定限度などのネットワークの制約内で供給を維持することが容易であることを示す。
容量の評価スコアとして、本システムは、いわゆる負荷率を用いることが可能である。負荷率は、ある期間における平均電力をピーク電力で除したものとして規定される。このスコアを高く保つことは、負荷の量に対するピーク電力を低くするため、「ＤＳＲの実行有り」および「ＤＳＲの実行無し」のＤＥＲ運転に必要な容量の低減につながる。また、負荷率が高いと、ネットワーク容量を効率的に利用するため、ＤＮＯは、資産の空き時間での急送負荷（ｄｉｓｐａｔｃｈ ｌｏａｄ）により、その資産価値を高めることが可能である。
［その他の補足説明］
上述したように、本発明は、将来の「ＤＳＲの実行有り」のＤＥＲ運転および「ＤＳＲの実行無し」のＤＥＲ運転の両方のための運転計画を作成するときのネットワークの制約を緩和し、したがって、最適な運転計画を提供する。
加えて、ＤＮＯに対して、本発明は、リアルタイムの負荷の量の不確実性も低減し、ＤＮＯがより容易かつより正確にネットワーク管理を制御することを可能にする。
実際的な見地から、ＤＮＯがＤＥＲ運転計画最適化ユニットおよび制御容易性評価ユニットを所有する場合、アグリゲータは、ネットワークトポロジーおよび／もしくはインピーダンス、各ネットワークノードにおける予測需要および／もしくは発電、またはＤＥＲ接続点情報を知っていることさえ必要でなく、単に最適化された前日の運転計画のみをＤＥＲ運転計画最適化ユニットから受け取ることができる。これにより、電力供給ネットワークの管理が簡素化される。
さらに、ＤＮＯは、上記方法と同じ方法で容易に同じシステムを強化して、ＤＮＯの配電ネットワークに接続された多数のアグリゲータの資産を管理することも可能であり、これにより、容易にスケール変更が可能である、最適に管理された電力供給ネットワークが可能になる。
１０ 電力供給ネットワーク
１２ 分散型エネルギー資源（ＤＥＲ）
１４ ネットワークインタフェース
１６ 通信ユニット
１８ ＤＥＲ管理ユニット
２０ 運転ユニット
２２ 取引ユニット
２４ 市場
２６ 会計ユニット
２８ ＤＥＲ情報ＤＢ
３０ 契約ＤＢ
３２ 履歴ＤＢ
３４ ネットワークＤＢ
３６ 制御容易性評価ユニット
３８ ＤＥＲ運転計画最適化ユニット
Ｓ２．１〜Ｓ２．６ ステップ
Ｓ４．１〜Ｓ４．１０ ステップ

Claims (12)

  1. 電力供給ネットワークに電気的に接続されている複数のＤＥＲを運転する需要側管理方法であって、
    規定時間に前記電力供給ネットワークから電力を引き出すように前記ＤＥＲが運転することをもたらすスケジュール要素であって、（ｉ）スケジュール変更されることが許可されているＤＥＲ運転モードに関連付けされた第１のスケジュール要素と、（ｉｉ）スケジュール変更されることが許可されていないＤＥＲ運転モードに関連付けされた第２のスケジュール要素とを含むスケジュール要素を含む、通常のスケジュールと、
    前記スケジュール要素を含むＤＳＲスケジュールであって、前記第１のスケジュール要素が、前記ＤＥＲからＤＳＲを提供するように、前記通常のスケジュールに対して前記ＤＳＲスケジュール内でスケジュール変更され、これにより、前記ＤＥＲによって前記電力供給ネットワークから引き出される電力が、所定の期間中に前記通常のスケジュールに従って運転している前記ＤＥＲによって引き出されることになる電力に対して前記所定の期間内で減少し、前記ＤＥＲが、前記ＤＥＲの運転スケジュールを前記通常のスケジュールから前記ＤＳＲスケジュールに変更するように制御可能である、ＤＳＲスケジュールと
    を備える運転計画に従って前記ＤＥＲを運転するステップを含み、
    前記ＤＥＲについて、前記第１のスケジュール要素を決定するための所定の需要側の制約を取得するステップと、
    前記電力供給ネットワークの所定の運転制限に関するネットワーク情報を取得するステップと、
    前記通常のスケジュールおよび前記ＤＳＲスケジュールをそれぞれ含む複数の運転計画を作成するステップであって、前記通常のスケジュールおよび前記ＤＳＲスケジュールそれぞれの運転計画において、前記決定された第１のスケジュール要素のうちの少なくとも１つが、その他の作成された運転計画に対して、前記通常のスケジュールおよび／または前記ＤＳＲスケジュール内で異なってスケジュールされ、前記通常のスケジュールおよび前記ＤＳＲスケジュールそれぞれの運転計画において、
    （ａ）前記作成された運転計画、前記電力供給ネットワークのモデル、および前記取得されたネットワーク情報に基づいてスコアが計算され、これにより、前記ＤＥＲが前記作成された運転計画に従って運転されるときに、前記スコアが、前記所定の運転制限内で電力の供給が維持され得る相対的な容易性を表示し、
    （ｂ）前記作成された運転計画に関連する前記計算されたスコアを記憶するステップと、
    前記通常のスケジュールおよび前記ＤＳＲスケジュールそれぞれの運転計画において、最良のスコアを有する前記作成された運転計画を選択し、この選択された運転計画を実施予定日の通常のスケジュールおよび実施予定日のＤＳＲスケジュールとするステップと、
    前記実施予定日において、ＴＳＯからＤＳＲ命令を受信しないときは前記実施予定日の通常のスケジュールに従って前記ＤＥＲを運転し、前記ＴＳＯから前記ＤＳＲ命令を受信したときは前記実施予定日のＤＳＲスケジュールに従って前記ＤＥＲを運転するステップと、
    をさらに含む方法。
  2. 前記スコアの計算が、前記作成された運転計画を実行するときに、１つまたは複数のネットワークノードにおける予測電圧降下プロファイルを評価することを含む請求項１に記載の需要側管理方法。
  3. 前記スコアの計算が、前記ネットワークの負荷率または前記負荷率の一部を評価することを含み、前記負荷率は、ある期間における平均電力をピーク電力で除したものである請求項１または２に記載の需要側管理方法。
  4. 前記作成された運転計画の前記ＤＳＲスケジュールに基づいて運転する実現可能性を評価するステップと、
    前記実現可能性が否定である場合に前記運転計画を却下するステップとをさらに含み、
    前記ＤＳＲスケジュールに従って運転するときに前記ＤＥＲによって前記所定の期間中に前記ネットワークから引き出される前記電力の減少量が、所望の減少量以上であると決定される場合に、前記実現可能性が肯定であると評価される請求項１〜３のいずれか１項に記載の需要側管理方法。
  5. 前記所望の減少量が、過去の履歴から要求される減少量に基づいて決定される請求項４に記載の需要側管理方法。
  6. 前記複数の運転計画が反復して作成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の需要側管理方法。
  7. 電力供給ネットワークに電気的に接続されている複数のＤＥＲを運転するための需要側管理システムであって、
    規定時間に前記電力供給ネットワークから電力を引き出すように前記ＤＥＲが運転することをもたらすスケジュール要素であって、（ｉ）スケジュール変更されることが許可されているＤＥＲ運転モードに関連付けされた第１のスケジュール要素と、（ｉｉ）スケジュール変更されることが許可されていないＤＥＲ運転モードに関連付けされた第２のスケジュール要素とを含むスケジュール要素を含む、通常のスケジュールと、
    前記スケジュール要素を含むＤＳＲスケジュールであって、前記第１のスケジュール要素が、前記ＤＥＲからＤＳＲを提供するように、前記通常のスケジュールに対して前記ＤＳＲスケジュール内でスケジュール変更され、これにより、前記ＤＥＲによって前記電力供給ネットワークから引き出される電力が、所定の期間中に前記通常のスケジュールに従って運転している前記ＤＥＲによって引き出されることになる電力に対して前記所定の期間内で減少し、前記ＤＥＲが、前記ＤＥＲの運転スケジュールを前記通常のスケジュールから前記ＤＳＲスケジュールに変更するように制御可能である、ＤＳＲスケジュールと
    を備える運転計画に従って前記ＤＥＲが運転可能であり、
    前記ＤＥＲについて、前記第１のスケジュール要素を決定するための所定の需要側の制約を取得することと、
    前記電力供給ネットワークの所定の運転制限に関するネットワーク情報を取得することと、
    前記通常のスケジュールおよび前記ＤＳＲスケジュールをそれぞれ含む複数の運転計画を作成することであって、前記通常のスケジュールおよび前記ＤＳＲスケジュールそれぞれの作成された運転計画において、前記決定された第１のスケジュール要素のうちの少なくとも１つが、その他の作成された運転計画に対して、前記通常のスケジュールおよび／または前記ＤＳＲスケジュール内で異なってスケジュールされ、前記通常のスケジュールおよび前記ＤＳＲスケジュールそれぞれの運転計画において、
    （ｃ）前記作成された運転計画、前記電力供給ネットワークのモデル、および前記取得されたネットワーク情報に基づいてスコアが計算され、これにより、前記ＤＥＲが前記作成された運転計画に従って運転されるときに、前記スコアが、前記所定の運転制限内で電力の供給が維持され得る相対的な容易性を表示し、
    （ｄ）前記作成された運転計画に関連する前記計算されたスコアを記憶することと、
    前記通常のスケジュールおよび前記ＤＳＲスケジュールそれぞれの運転計画において、最良のスコアを有する前記作成された運転計画を選択し、この選択された運転計画を実施予定日の通常のスケジュールおよび実施予定日のＤＳＲスケジュールとすることと、
    前記実施予定日において、ＴＳＯからＤＳＲ命令を受信しないときは前記実施予定日の通常のスケジュールに従って前記ＤＥＲを運転し、前記ＴＳＯから前記ＤＳＲ命令を受信したときは前記実施予定日のＤＳＲスケジュールに従って前記ＤＥＲを運転することと、
    を実行するように構成されるシステム。
  8. 前記スコアの計算が、前記作成された運転計画を実行するときに、１つまたは複数のネットワークノードにおける予測電圧降下プロファイルを評価することを含む請求項７に記載の需要側管理システム。
  9. 前記スコアの計算が、前記ネットワークの負荷率または前記負荷率の一部を評価することを含み、前記負荷率は、ある期間における平均電力をピーク電力で除したものである請求項７または８に記載の需要側管理システム。
  10. 前記作成された運転計画の前記ＤＳＲスケジュールに基づいて運転する実現可能性を評価し、かつ前記実現可能性が否定である場合に前記運転計画を却下するようにさらに構成されており、前記ＤＳＲスケジュールに従って運転するときに前記ＤＥＲによって前記所定の期間中に前記ネットワークから引き出される電力の減少量が、所望の減少量以上であると決定される場合に、前記実現可能性が肯定的であると評価される請求項７〜９のいずれか１項に記載の需要側管理システム。
  11. 前記所望の減少量が、記憶された過去の履歴から要求される減少量に基づいて決定される請求項１０に記載の需要側管理システム。
  12. 前記複数の運転計画を反復して作成するように構成されている請求項７〜１１のいずれか１項に記載の需要側管理システム。
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