JP6298465B2 - 電力管理装置、電力管理システム、サーバ、電力管理方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力管理装置、電力管理システム、サーバ、電力管理方法、プログラムに関し、特に、個々が蓄電設備を所有する複数の需要家が存在する場合に、蓄電設備の充電および放電の制御内容を個々の需要家に応じて定める電力管理装置、電力管理システム、サーバ、電力管理方法、プログラムに関する。

従来から、個々において分散電源装置（発電設備）やエネルギー貯蔵装置（蓄電設備）が電力系統に接続された多数の需要家からなるコミュニティーにおいて、コミュニティー全体のエネルギーバランスを考慮して制御する技術が提案されている（たとえば、日本国特許出願公開番号２００５−１０２３６４参照（以下「文献１」と称する））。文献１には、分散電源装置の台数が増加しても、少ない計算量で最適な運用計画を作成するために、コミュニティーを複数の需要家グループに分け、需要家グループごとに運用計画を作成する技術が記載されている。

また、太陽光発電手段（発電設備）の発電量と電力使用量に応じて、蓄電手段（蓄電設備）の蓄電量および放電量を制御する技術が提案されている（たとえば、日本国特許出願公開番号２０１２−２７２１４参照（以下「文献２」と称する））。文献２では、蓄電池の最適な充放電スケジュールを決定するために、予測期間を定めて予測期間における蓄電池の充放電スケジュールを、混合整数計画問題に定式化して算出している。

文献１に記載された技術は、コミュニティーを複数の需要家グループに分割しているから、コミュニティーの全体について計算する場合に比べると、計算量は低減される。しかしながら、需要家ごとのエネルギーの収支は考慮されていないから、文献１に記載された技術を用いて、需要家ごとにエネルギーの収支を最適化することはできない。

一方、文献２に記載された技術は、需要家にとって電力の収支を適正化することが可能であるが、個々の需要家で充放電スケジュールを定めようとすれば、マイコンを備える程度の組み込み機器では処理能力が不足するから、高価なコンピュータが必要になる。一方で、複数の需要家の充放電スケジュールを定めるコンピュータを設けることが考えられる。つまり、コンピュータが、需要家ごとの充放電スケジュールを作成する作業をまとめて行うことが考えられる。この構成を採用すると、需要家では高価なコンピュータが不要であるが、需要家の数が増加した場合、充放電スケジュールを定めるための計算量が膨大になり、コンピュータには高い処理負荷がかかることになる。

そこで、本発明の目的は、複数の需要家における蓄電設備の充電および放電の制御内容をまとめて定める場合であっても、需要家ごとに個々に制御内容を計算する場合に比較して、全体の計算量を低減することが可能である電力管理装置を提供し、さらに、この電力管理装置を用いた電力管理システム、この電力管理装置を備えたサーバ、この電力管理装置で用いる電力管理方法、コンピュータをこの電力管理装置として機能させるプログラムを提供することにある。

本発明に係る電力管理装置は、電力系統から電力を受電する複数の需要家の複数の建物の各々に設けられた蓄電設備の電力および前記電力系統から受電した電力を、前記複数の建物の各々に敷設された電気配線を通して電気負荷に供給するにあたり、建物ごとに前記蓄電設備の充電および放電の制御内容を指示する電力管理装置であって、前記複数の建物の各々において着目する電力を監視電力として、前記監視電力の時間経過に伴う変化を建物ごとに記憶する記憶部と、前記記憶部が記憶している建物ごとの前記監視電力について所定の単位期間における変化を複数種類の電力パターンに類別する分類部と、前記分類部が類別した前記複数種類の電力パターンを２つ以上のパターン型として、パターン型ごとに、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化するという条件で、前記蓄電設備の充電および放電の制御内容を定める計画部と、前記計画部が定めたパターン型ごとの前記制御内容を、各パターン型が適合する建物の前記蓄電設備に指示する指示部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る電力管理システムは、上述した電力管理装置と、前記電力系統から電力を受電する前記複数の需要家の前記複数の建物の各々に設けられ、前記複数の建物の各々に敷設された前記電気配線を通して、前記電力系統から受電した電力と併せて前記電気負荷に電力を供給する前記蓄電設備と、前記電力管理装置から指示された前記制御内容に従って前記蓄電設備の充電および放電を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明に係るサーバは、上述した電力管理装置と、前記複数の建物の各々に設けられた前記蓄電設備の充電および放電を、前記電力管理装置から指示した前記制御内容に従って制御する制御装置との間で通信する通信インターフェイス部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る電力管理方法は、電力系統から電力を受電する複数の需要家の複数の建物の各々に設けられた蓄電設備の電力および前記電力系統から受電した電力を、前記複数の建物の各々に敷設された電気配線を通して電気負荷に供給するにあたり、建物ごとに前記蓄電設備の充電および放電の制御内容を指示する電力管理方法であって、前記複数の建物の各々において着目する電力を監視電力として、前記監視電力の時間経過に伴う変化を建物ごとに記憶部が記憶し、前記記憶部が記憶している建物ごとの前記監視電力について所定の単位期間における変化を分類部が複数種類の電力パターンに類別し、前記分類部が類別した前記複数種類の電力パターンを２つ以上のパターン型として、パターン型ごとに、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化するという条件で、計画部が前記蓄電設備の充電および放電の制御内容を定め、前記計画部が定めたパターン型ごとの前記制御内容を、各パターン型が適合する建物の前記蓄電設備に指示部が指示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、上述した電力管理装置として機能させるものである。または、本発明は、プログラムに限らず、当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であってもよい。

本発明は、需要家の建物ごとの単位期間における監視電力の変化をパターン型に類別し、パターン型ごとに蓄電設備の充電および放電の制御内容を定めている。多数の建物における監視電力の変化は、少数のパターン型に集約される。したがって、個々の建物における蓄電設備の充電および放電の制御内容を定める際に、少数のパターン型について蓄電設備の充電および放電の制御内容を定めればよく、需要家の建物ごとに個々に制御内容を計算する場合に比較すると、計算量を低減させることが可能になる。すなわち、複数の需要家の複数の建物の各々における蓄電設備の充電および放電の制御内容をコンピュータで集中的に定める場合でも、コンピュータの処理負荷が軽減されるという利点を有する。

本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
実施形態を示すブロック図である。 図２Ａ〜２Ｄは実施形態において監視電力の変化の例を示す図である。 図３Ａ〜３Ｃは実施形態において監視電力（発電電力）を分類する例を示す図である。 図４Ａ〜４Ｃは実施形態において監視電力（需要電力）を分類する例を示す図である。 図５Ａおよび５Ｂは実施形態において電力パターン（発電パターン）の例を示す図である。 図６Ａおよび６Ｂは実施形態において電力パターン（需要パターン）の例を示す図である。 図７Ａ〜７Ｄは実施形態においてパターン型を適用した例を示す図である。

図１に示すように、電力系統３０から電力を受電する複数の需要家の複数の建物４０の各々に設けられた蓄電設備２０の電力および電力系統３０から受電した電力が、複数の建物４０の各々に敷設された電気配線４１を通して電気負荷４２に供給される。電力管理装置１０は、建物４０ごとに蓄電設備２０の充電および放電の制御内容を指示する。

電力管理装置１０は、記憶部１１と分類部１２と計画部１３と指示部１４とを備える。記憶部１１は、複数の建物４０の各々において着目する電力を監視電力として、監視電力の時間経過に伴う変化を建物４０ごとに記憶する。分類部１２は、記憶部１１が記憶している建物４０ごとの監視電力について所定の単位期間における変化を複数種類の電力パターンに類別する。計画部１３は、分類部１２が類別した複数種類の電力パターンを２つ以上のパターン型として、パターン型ごとに、蓄電設備２０の充電および放電の制御内容を定める。制御内容は、電力系統３０から受電する電力量と電力系統３０から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化するという条件で定められる。指示部１４は、計画部１３が定めたパターン型ごとの制御内容を、各パターン型が適合する建物４０の蓄電設備２０に指示する。

監視電力は、建物４０ごとの電気負荷４２が消費する電力である需要電力と、建物４０ごとの蓄電設備２０における残容量とを含むことが望ましい。この場合、記憶部１１は、需要電力の時間経過に伴う変化と、残容量の時間経過に伴う変化とを、建物４０ごとに記憶する。また、電力パターンは、単位期間における需要電力の変化を類別した需要パターンと、単位期間の開始時点における残容量を類別した残量パターンとを含むことが望ましい。この場合、分類部１２は、記憶部１１が記憶している複数の建物４０にそれぞれ対応する複数の需要電力を２種類以上の需要パターンに類別し、かつ記憶部１１が記憶している複数の建物４０にそれぞれ対応する複数の残容量を２種類以上の残量パターンに類別する。この構成において、２つ以上のパターン型の各々は、需要パターンと残量パターンとの組み合わせを含むことが望ましい。

自然エネルギーを用いて発電し、発電した電力を電気配線４１を通して電気負荷４２に供給する発電設備２１が複数の建物４０の各々に設けられている場合、監視電力は、建物４０ごとの発電設備２１が発電する電力である発電電力をさらに含むことが望ましい。この場合、記憶部１１は、発電電力の時間経過に伴う推移を建物４０ごとに記憶する。また、電力パターンは、単位期間における発電電力の変化を類別した発電パターンをさらに含むことが望ましい。この場合、分類部１２は、記憶部１１が記憶している複数の建物４０にそれぞれ対応する複数の発電電力を２種類以上の発電パターンに類別する。この構成において、２つ以上のパターン型の各々は、需要パターンと残量パターンと発電パターンとの組み合わせを含むことが望ましい。

分類部１２は、２種類以上の発電パターンの類別に際して、発電電力の変化に加えて、発電設備２１が設置されている地域を類別の条件に用いることが望ましい。また、分類部１２は、２種類以上の発電パターンの類別に際して、発電電力の変化に加えて、発電設備２１の定格電力を類別の条件に用いることが望ましい。

ところで、分類部１２は、クラスタ生成部１２１とパターン生成部１２２とを備えることが望ましい。クラスタ生成部１２１は、単位期間における複数の建物４０にそれぞれ対応する複数の監視電力の変化を２つ以上のクラスタに分ける。また、パターン生成部１２２は、クラスタ生成部１２１に分けられた２つ以上のクラスタの各々について、１ないし複数の監視電力の変化の１の代表パターンを電力パターンに定める。この場合、計画部１３は、パターン生成部１２２によって定められた２つ以上のクラスタにそれぞれ対応する２つ以上の代表パターンと、記憶部１１に記憶されているある着目する建物４０の監視電力の変化と、を比較し、類似度がもっとも高い代表パターンを、当該着目する建物４０に対する電力パターンとするパターン決定部１３１とを備えることが望ましい。また、クラスタ生成部１２１は、複数の監視電力の変化を分ける２つ以上のクラスタの個数があらかじめ設定されていることが望ましい。

記憶部１１に記憶される監視電力は、過去の単位期間における実績値と、将来の単位期間における予測値との少なくとも一方であることが望ましい。

ここに、電力管理装置１０と蓄電設備２０と制御装置２２とにより電力管理システムが構成される。蓄電設備２０は、電力系統３０から電力を受電する複数の需要家の複数の建物４０の各々に設けられ、複数の建物４０の各々に敷設された電気配線４１を通して、電力系統３０から受電した電力と併せて電気負荷４２に電力を供給する。制御装置２２は、電力管理装置１０から指示された制御内容に従って蓄電設備２０の充電および放電を制御する。

電力管理装置１０は、以下の電力管理方法を採用している。すなわち、この電力管理方法は、複数の需要家の複数の建物４０の各々に設けられた蓄電設備２０の電力および電力系統３０から受電した電力を、電気配線４１を通して電気負荷４２に供給するにあたり、建物４０ごとに蓄電設備２０の充電および放電の制御内容を指示する。まず、記憶部１１は、複数の建物４０の各々において着目する電力を監視電力として、監視電力の時間経過に伴う変化を建物４０ごとに記憶する。次に、分類部１２は、記憶部１１が記憶している建物４０ごとの監視電力について所定の単位期間における変化を複数種類の電力パターンに類別する。分類部１２が類別した複数種類の電力パターンを２つ以上のパターン型として、計画部１３は、パターン型ごとに、所定の条件で、蓄電設備２０の充電および放電の制御内容を定める。所定の条件は、電力系統３０から受電する電力量と電力系統３０から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化するという条件である。さらに、指示部１４は、計画部１３が定めたパターン型ごとの制御内容を、各パターン型が適合する建物４０の蓄電設備２０に指示する。

以下、実施形態について詳述する。図１に示す構成例では、各需要家の建物４０は、発電設備２１として太陽光発電設備を備えているが、発電設備２１は省略可能である。すなわち、以下の実施形態において説明する技術は、蓄電設備２０のみを備えている建物４０であっても適用可能である。また、以下に説明する電力管理装置１０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えたコンピュータを主なハードウェア要素として備える。この種のコンピュータは、メモリをプロセッサと一体に備えるマイコン、あるいはメモリが別に必要なプロセッサなどを備える。プログラムは、プロセッサとともにハードウェアとして実装されたＲＯＭ（Read Only Memory）に書き込まれる。あるいはまた、プログラムは、インターネットのような電気通信回線を通して取得するか、コンピュータで読取可能な記録媒体から読み込んでもよい。

図示例では、蓄電設備２０と発電設備２１とは、パワーコンディショナ２３を共用している。すなわち、蓄電設備２０は、蓄電池２０１とパワーコンディショナ２３とにより構成されており、パワーコンディショナ２３は蓄電池２０１の充電と放電とが可能になるように直流電力と交流電力との間で双方向に電力変換を行う。また、発電設備２１は、太陽電池２１１とパワーコンディショナ２３とにより構成されており、パワーコンディショナ２３は太陽電池２１１から出力される直流電力を交流電力に変換する。パワーコンディショナ２３は、蓄電池２０１と太陽電池２１１とに対して個別に電力変換を行う構成を備える。パワーコンディショナ２３は、太陽電池２１１が発電した電力を蓄電池２０１の充電に用いる動作も可能である。パワーコンディショナ２３の動作は、制御装置２２が制御する。制御装置２２の動作については後述する。

建物４０は、電力系統３０から受電する分電盤４３を備え、パワーコンディショナ２３は分電盤４３を介して電気配線４１に接続される。すなわち、分電盤４３は、電力系統３０から受電した電力と、蓄電池２０１に蓄えた電力または太陽電池２１１が発電した電力とを、建物４０に敷設された電気配線４１を通して電気負荷４２に供給する。図１において、実線は電力用の配線を示し、破線は信号または情報の経路を示している。

制御装置２２は、建物４０が電力系統３０から受電する電力と、パワーコンディショナ２３から出力される電力と、電気負荷４２が消費する電力とを主な入力情報として、蓄電設備２０の充電および放電の制御を行う。パワーコンディショナ２３から出力される電力は、ここでは発電設備２１が出力する電力を意味する。制御装置２２は、蓄電設備２０に設けられた蓄電池２０１の残容量についても管理する。以下では、電力系統３０から受電した電力を「受電電力」、電気負荷４２が消費する電力を「需要電力」、発電設備２１が発電する電力を「発電電力」という。制御装置２２は、受電電力、需要電力、残容量、発電電力を収集し、電力管理装置１０から指示された制御内容に従って蓄電設備２０の充電および放電の制御を行う。

図示例において、電力管理装置１０は、インターネットのような電気通信回線ＮＴに接続されたサーバ５０に設けられている。電力管理装置１０がサーバ５０に設けられているのは、複数の建物４０から情報を収集し、収集した情報に基づいて制御装置２２に与える制御内容を生成するのに都合がよいからである。ただし、サーバ５０に設けられた電力管理装置１０が集中処理を行うことは必須ではなく、建物４０ごとに電力管理装置１０の全部または一部の機能が設けられ、電力管理装置１０が相互に通信することにより、分散処理を行う構成を採用してもよい。

以下に説明するサーバ５０は、電力管理装置１０と通信インターフェイス部５１とを備える。通信インターフェイス部５１は、建物４０に設けられた蓄電設備２０の充電および放電を、電力管理装置１０から指示した制御内容に従って制御する制御装置２２との間で通信する。

電力管理装置１０は、複数の建物４０について、需要電力と残容量と発電電力との時間経過に伴う変化を建物４０ごとに記憶する記憶部１１を備える。記憶部１１は、所定の単位期間以上の長さの期間について需要電力と残容量と発電電力とを記憶する。需要電力、残容量、発電電力は、所定時間（たとえば、１分、５分、１０分、３０分などから選択される）ごとに制御装置２２が取得し、電気通信回線ＮＴを通して電力管理装置１０が受け取る。

単位期間は、通常は０：００〜２４：００の１日間が望ましいが、２日間、１週間などに設定してもよい。また、１日を複数の期間に分割し、朝（６：００〜１２：００）、昼（１２：００〜１８：００）、夜間（たとえば、１８：００〜翌６：００）を、それぞれ単位期間としてもよい。あるいはまた、１日のうちの日中の時間帯のみを単位期間とすることが可能であり、この場合、日中の時間帯は季節や地域に応じて変化するから、季節や地域に応じて単位期間を変化させることも可能である。

記憶部１１が記憶する情報は、過去における実績値または将来の予測値であって、情報の発生時点で電力管理装置１０に通知する必要はない。予測値は、実績値に他の情報（日時、季節、地域、天気予報など）を加味して算出される。したがって、予測値は、制御装置２２で算出するほか、サーバ５０で算出するようにしてもよい。

以下では、説明を補助するために、４軒の建物４０について需要電力と発電電力とに着目する事例を用いる。電力管理装置１０が制御装置２２に与える制御内容を定めるためには蓄電設備２０の残容量が必要であるが、電力管理装置１０の処理上は、需要電力、残容量、発電電力は同様に扱われるから、残容量について需要電力および発電電力と同様の処理を行えばよい。

いま、４軒の建物４０（４０ａ〜４０ｄ）について、それぞれの需要電力と発電電力とが、同じ期間において図２Ａ〜２Ｄのように変化したと仮定する。すなわち、建物４０ａは図２Ａに、建物４０ｂは図２Ｂに、建物４０ｃは図２Ｃに、建物４０ｄは図２Ｄにそれぞれ対応する。図において、実線は需要電力、破線は発電電力を表している。４軒の建物４０ａ〜４０ｄから得られた発電電力を重ね合わせると、図３Ａのようになり、４軒の建物４０ａ〜４０ｄから得られた需要電力を重ね合わせると、図４Ａのようになる。図３Ａ〜３Ｃ、および図４Ａ〜４Ｃにおいて、符号４０ａ〜４０ｄは図２Ａ〜２Ｄの建物４０ａ〜４０ｄにそれぞれ対応する。図２Ａ〜２Ｄに示した事例では、建物４０ａ〜４０ｄにそれぞれ対応する複数の発電電力の変化において、直感的に、図３Ｂに示す電力パターン（発電電力の変化の形態）と図３Ｃに示す電力パターンとの２種類が見いだされる。また、図２Ａ〜２Ｄに示した事例では、建物４０ａ〜４０ｄに複数の需要電力の変化において、直感的に、図４Ｂに示す電力パターン（需要電力の変化の形態）と図４Ｃに示す電力パターンとの２種類が見いだされる。

図２Ａ〜２Ｄの事例は、一例であってさらに多数の建物４０を対象にすれば、需要電力と発電電力の変化に関する電力パターンの数は増加するが、建物４０の増加率に対して電力パターンの増加率は小さくなることが予想される。また、同じ地域の建物４０を対象にしている場合、建物４０の数が増加すると、電力パターンの数は飽和することが予想される。

ここに、需要電力、残容量、発電電力が変化する電力パターンは、建物４０における設備（電気負荷４２、蓄電設備２０、発電設備２１）の規模によっても異なる。本実施形態では、需要電力、残容量、発電電力に関して、設備の規模による補正は行わず、需要電力、残容量、発電電力の絶対値のみで電力パターンに分ける。

つまり、分類部１２は、図３Ｂおよび３Ｃのように発電電力の変化をクラスタに分け、図４Ｂおよび４Ｃのように需要電力の変化をクラスタに分けるクラスタ生成部１２１を備える。さらに、分類部１２は、需要電力の変化と発電電力の変化とについて、それぞれの電力パターンを類別する。

クラスタ生成部１２１は、需要電力の変化と発電電力の変化とを類別するために、たとえば、ｋ−平均法（k-means）法のようなクラスタリング手法を用いる。ｋ−平均法は、クラスタをランダムに生成するから、クラスタの個数があらかじめ設定されていることが望ましい。クラスタの個数が設定されていれば、生成されるクラスタの組み合わせ数が制限され、電力パターンを分ける処理を比較的短い時間で終えることが可能である。また、クラスタの個数が決まっていることにより、クラスタに分ける処理の計算量が処理を開始する前に定まる。したがって、処理の遅れなどの障害が発生する可能性を低減できる。ここに、設定されたクラスタの個数は上限値とし、生成したクラスタを評価することによって、類似するクラスタを結合する処理を行うことが望ましい。なお、クラスタ生成部１２１は、需要電力の変化および発電電力の変化を他の方法でクラスタに分けてもよい。

分類部１２は、クラスタ生成部１２１が分けた２つ以上のクラスタのそれぞれについて、代表パターンを定めるパターン生成部１２２を備える。パターン生成部１２２は、図３Ｂおよび３Ｃのような発電電力のクラスタからは、図５Ａおよび５Ｂに示す発電パターン（代表パターン）を生成し、図４Ｂおよび４Ｃのような需要電力のクラスタからは、図６Ａおよび６Ｂに示す需要パターン（代表パターン）を生成する。クラスタの代表パターンは、たとえば、各時刻ごとにクラスタ内の需要電力あるいは発電電力の平均値を持つ電力パターンとすればよい。

分類部１２は、需要パターンと発電パターンとのそれぞれに識別用の情報を付与して出力する。つまり、分類部１２は、需要電力の変化と発電電力の変化とをそれぞれ電力パターンに類別する。以下では、図５Ａおよび５Ｂに示す発電パターンにおいて上段をＧ１、下段をＧ２と呼ぶ。また、図６Ａおよび６Ｂに示す需要パターンにおいて上段をＤ１、下段をＤ２と呼ぶ。分類部１２が類別した需要パターンおよび発電パターンは、計画部１３に与えられ、計画部１３は、需要パターンと発電パターンとを組み合わせたパターン型ごとに、各建物４０における蓄電設備２０の充電および放電の制御内容を定める。

すなわち、計画部１３は、建物４０ごとの蓄電設備２０について充電および放電の制御内容を定めるために、建物４０ごとに需要パターンおよび発電パターンを当て嵌めるパターン決定部１３１を備える。パターン決定部１３１は、パターン生成部１２２によって定められた２つ以上のクラスタにそれぞれ対応する２つ以上の需要パターン（代表パターン）と、記憶部１１に記憶されているある着目する建物４０の需要電力の変化と、を比較評価し、類似度がもっとも高い需要パターンを当該着目する建物４０に当て嵌める。また、パターン決定部１３１は、パターン生成部１２２によって定められた２つ以上のクラスタにそれぞれ対応する２つ以上の発電パターン（代表パターン）と、記憶部１１に記憶されているある着目する建物４０の発電電力の変化と、を比較評価し、類似度がもっとも高い発電パターンを、当該着目する建物４０に当て嵌める。つまり、建物４０ごとに、需要パターンと発電パターンとが当て嵌められる。

図２Ａ〜２Ｄに示す例では、図２Ａの建物４０ａは、需要パターンがＤ１であり、発電パターンがＧ１である。そこで、建物４０ａを、［Ｄ１，Ｇ１］と表すことにすると、図２Ｂの建物４０ｂは［Ｄ２，Ｇ１］と表され、図２Ｃの建物４０ｃは［Ｄ１，Ｇ２］と表され、図２Ｄの建物４０ｄは［Ｄ２，Ｇ２］と表される。したがって、建物４０ａ〜４０ｄの需要パターンと発電パターンとの組み合わせは、図７Ａ〜７Ｄのようになる。

需要電力の変化および発電電力の変化を電力パターンの抽出に利用した建物４０については、当該建物４０には抽出した電力パターンを適用する。一方、電力パターンの抽出に利用していない建物４０が参加する場合、パターン決定部１３１は、当該建物４０から抽出された需要電力の変化と、定められている需要パターンとの類似度を評価し、類似度がもっとも高い需要パターンを当該建物４０に当て嵌める。また、パターン決定部１３１は、当該建物４０から抽出された発電電力の変化と、定められている発電パターンとの類似度を評価し、類似度がもっとも高い発電パターンを当該建物４０に当て嵌める。パターン決定部１３１は、類似度をユークリッド距離のような評価値を用いて評価し、評価値が許容範囲を逸脱している場合には、当該建物４０に対して、既存の電力パターンを当て嵌めず、新たな電力パターンを求める。

計画部１３は、建物４０ごとに、需要パターンと発電パターンとを求めた後、所定の条件のもとで、蓄電設備２０の充電および放電に関する制御内容を生成する。制御内容を生成する条件は、電力系統３０から受電する電力量と、電力系統３０から受電する電力量に対する対価と、二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化することである。この条件は、すべての建物４０について共通に設定される。ただし、条件は、建物４０の要求に従って、建物４０ごとに定めてもよい。

条件は効用を最大または最小にすることであるから、計画部１３は、条件の制約下で制御内容の生成にあたり、たとえば、混合整数計画問題として扱うことにより、制御内容をよい精度で定めることが可能である。

計画部１３は、需要パターンと発電パターンとの組み合わせごとに、制御内容を生成する。上述した例では、４軒の建物４０ａ〜４０ｄに対して４種類の組み合わせが得られており、建物４０の軒数とパターン型の総数とが等しくなっている。ただし、建物４０の軒数とパターン型の総数とは、比例関係ではなく、建物４０の軒数が増加するに従ってパターン型の種類（数）はしだいに飽和することが容易に推察される。

たとえば、５００軒の建物４０であっても、需要パターンと発電パターンとは、それぞれが高々５種類程度に集約される可能性がある。この例では、５００軒の建物４０に対して、電力パターンの組み合わせ数は２５種類である。したがって、５００軒の建物４０に対して最大でも２５種類の制御内容を生成すればよく、制御内容を生成する処理負荷は、それぞれの需要電力の変化と発電電力の変化との組み合わせごとに制御内容を生成する場合よりも大幅に低減される。

また、制御内容を定める条件を３種類から選択可能にしたとしても、最大で７５種類の制御内容を生成すればよいから、この場合でも５００軒の建物４０ごとに制御内容を生成する場合よりも処理負荷が軽減される。建物４０が１００００軒であっても、パターン型の種類が大幅に増加することはないから、建物４０が５００軒の場合の処理負荷に対して処理負荷が２０倍に増加することはなく、処理負荷は高々４〜５倍増加するにすぎないと推定される。

表１にＮ軒の建物４０（No. 1〜No. N）について、需要パターン、発電パターン、残量パターンを割り当てた例を示す。表１の例は、需要パターンが３種類（Ｄ１〜Ｄ３）、発電パターンが５種類（Ｇ１〜Ｇ５）、残量パターンが３種類（Ｒ１〜Ｒ３）である場合を想定している。

計画部１３が定めたパターン型ごとの制御内容は、指示部１４に入力される。指示部１４は、パターン型が適合する建物４０の制御装置２２に、通信インターフェイス部（以下、「通信Ｉ／Ｆ部」と呼ぶ）５１を通して、制御内容を通知する。すなわち、指示部１４は、電気通信回線ＮＴを通して制御装置２２に制御内容を通知する。一般に、建物４０に設けられる通信機器は、電気通信回線ＮＴを通して外部装置からアクセスされることを許容していないから、制御装置２２は、電源投入時あるいは適宜のタイミングでサーバ５０にアクセスし、制御内容を受け取ることが望ましい。

制御装置２２は、制御内容を受け取ると、上述したように、受電電力と需要電力と残容量と発電電力とを収集し、指示部１４から与えられた制御内容に基づいて、蓄電設備２０の充電および放電の制御を行う。上述した動作は、一定の時間間隔、あるいは適宜のタイミングで繰り返され、建物４０ごとの需要パターンと発電パターンと（残量パターンと）を組み合わせたパターン型に応じて定める制御内容に従って蓄電設備２０の充電および放電の制御がなされる。

なお、残容量については、需要パターンや発電パターンのように時間経過に伴う電力の変化の形態が残量パターンとして用いられるのではなく、単位期間の開始時点の値が残量パターンとして用いられる。したがって、残量パターンは、たとえば、残容量が０％、５０％、１００％の３種類、あるいは２０％刻みで６種類、１０％刻みで１１種類などに分類される。

上述したように、建物４０ごとの需要電力の変化と残容量の変化と発電電力の変化とを電力パターンに類型化し、電力パターンを組み合わせたパターン型によって、建物４０ごとの制御内容を定めるから、制御内容を定める処理負荷が軽減される。すなわち、電力管理装置１０を設けたサーバ５０の処理負荷が軽減され、サーバ５０の運営管理に必要な費用が低減される。また、制御内容を定めるための処理負荷が軽減されるから、短い時間間隔で制御内容を更新することが可能であり、予測誤差に起因する制御内容の誤差の影響が大きくなる前に、制御内容を修正することができる。その結果、建物４０において蓄電設備２０の充電および放電の制御が精度よく行われ、制御内容を定める際に設定した条件（目的）が達成されやすくなる。

上述した構成例では、複数の需要電力の変化、複数の発電電力の変化、（残容量）について、クラスタ生成部１２１がそれぞれ２つ以上のクラスタに分ける際に、クラスタ生成部１２１は電力にのみ着目している。ここで、発電設備２１が太陽電池２１１を備える太陽光発電設備である場合、発電電力は日射量、気温の気象条件に応じて変化する。また、気象条件は、太陽電池２１１が設置されている地域の影響を受ける。そのため、太陽光発電設備を用いている場合には、太陽光発電設備による発電電力の実績値と、建物４０が存在する地域とを含めることが望ましい。２つ以上のクラスタに分ける際の初期条件に地域を用いると、複数の建物４０にそれぞれ対応する複数の発電電力の変化を２つ以上のクラスタに分ける際に、要素数の低減が可能になり、結果的に２つ以上のクラスタを収束させやすくなる。

また、複数の建物４０の複数の太陽光発電設備にそれぞれ対応する複数の発電電力（実績値あるいは予測値）の変化を２つ以上のクラスタに分ける際に、太陽電池２１１の定格容量を初期条件に用いると、発電電力をクラスタに分ける際に、要素数の低減が可能になり、クラスタを収束させやすくなる。蓄電設備２０の残容量をクラスタに分ける際も同様であって、蓄電設備２０の最大容量を初期条件に用いてもよい。

上述した構成例は、蓄電設備２０が蓄電池２０１とパワーコンディショナ２３とで構成されているが、建物４０に設置される蓄電池２０１に代えて、電動車両に搭載された走行用の蓄電池を用いることが可能である。電動車両は、電気自動車、プラグインハイブリッド車、電動二輪車などから選択される。電動車両の蓄電池を蓄電設備２０として用いる場合、パワーコンディショナ２３に代わる装置は、蓄電池の充電および放電を行う電力変換装置になる。ここに、電動車両に搭載された蓄電池の残容量の変化は電動車両の使用の仕方によるが、建物４０ごとに電力パターンを分類できることが予測されるから、上述した技術が適用可能である。

電動車両のうち電気自動車、電動二輪車については、蓄電池の残容量について、上述した蓄電設備２０の蓄電池２０１と同様に扱うことが可能である。この場合、残容量の予測値は、電動車両の走行予定に基づいて予測される。なお、プラグインハイブリッド車から放電可能な電力量は、電動車両に搭載された蓄電池の残容量では予測できないから、電動車両から走行可能距離を取得し、電動車両の走行予定を差し引いた距離を、放電可能な電力量に換算することが望ましい。電動車両が燃料電池車である場合、充電には寄与しないが、放電のみに着目して上述した技術を適用してもよい。

本発明を幾つかの好ましい実施形態によって記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims (12)

1. 電力系統から電力を受電する複数の需要家の複数の建物の各々に設けられた蓄電設備の電力および前記電力系統から受電した電力を、前記複数の建物の各々に敷設された電気配線を通して電気負荷に供給するにあたり、建物ごとに前記蓄電設備の充電および放電の制御内容を指示する電力管理装置であって、
   前記複数の建物の各々において着目する電力を監視電力として、前記監視電力の時間経過に伴う変化を建物ごとに記憶する記憶部と、
   前記記憶部が記憶している建物ごとの前記監視電力について所定の単位期間における変化を複数種類の電力パターンに類別する分類部と、
   前記分類部が類別した前記複数種類の電力パターンを２つ以上のパターン型として、パターン型ごとに、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化するという条件で、前記蓄電設備の充電および放電の制御内容を定める計画部と、
   前記計画部が定めたパターン型ごとの前記制御内容を、各パターン型が適合する建物の前記蓄電設備に指示する指示部とを備える
   電力管理装置。
2. 前記監視電力は、建物ごとの前記電気負荷が消費する電力である需要電力と、建物ごとの前記蓄電設備における残容量とを含み、
   前記記憶部は、前記需要電力の時間経過に伴う変化と、前記残容量の時間経過に伴う変化とを、建物ごとに記憶し、
   前記電力パターンは、前記単位期間における前記需要電力の変化を類別した需要パターンと、前記単位期間の開始時点における前記残容量を類別した残量パターンとを含み、
   前記分類部は、前記記憶部が記憶している前記複数の建物にそれぞれ対応する複数の需要電力を２種類以上の需要パターンに類別し、かつ前記記憶部が記憶している前記複数の建物にそれぞれ対応する複数の残容量を２種類以上の残量パターンに類別し、
   前記２つ以上のパターン型の各々は、前記需要パターンと前記残量パターンとの組み合わせを含む
   請求項１記載の電力管理装置。
3. 自然エネルギーを用いて発電し、発電した電力を前記電気配線を通して前記電気負荷に供給する発電設備が前記複数の建物の各々に設けられている場合、
   前記監視電力は、建物ごとの前記発電設備が発電する電力である発電電力をさらに含み、
   前記記憶部は、前記発電電力の時間経過に伴う推移を建物ごとに記憶し、
   前記電力パターンは、前記単位期間における前記発電電力の変化を類別した発電パターンをさらに含み、
   前記分類部は、前記記憶部が記憶している前記複数の建物にそれぞれ対応する複数の発電電力を２種類以上の発電パターンに類別し、
   前記２つ以上のパターン型の各々は、前記需要パターンと前記残量パターンと前記発電パターンとの組み合わせを含む
   請求項２記載の電力管理装置。
4. 前記分類部は、
   前記２種類以上の発電パターンの類別に際して、前記発電電力の変化に加えて、前記発電設備が設置されている地域を類別の条件に用いる
   請求項３記載の電力管理装置。
5. 前記分類部は、
   前記２種類以上の発電パターンの類別に際して、前記発電電力の変化に加えて、前記発電設備の定格電力を類別の条件に用いる
   請求項３記載の電力管理装置。
6. 前記分類部は、
   前記単位期間における前記複数の建物にそれぞれ対応する複数の監視電力の変化を２つ以上のクラスタに分けるクラスタ生成部と、
   前記クラスタ生成部に分けられた前記２つ以上のクラスタの各々について、１ないし複数の監視電力の変化の１の代表パターンを定めるパターン生成部とを備え、
   前記計画部は、
   前記パターン生成部によって定められた前記２つ以上のクラスタにそれぞれ対応する２つ以上の代表パターンと、前記記憶部に記憶されているある着目する建物の前記監視電力の変化と、を比較し、類似度がもっとも高い代表パターンを、当該着目する建物に対する前記電力パターンとするパターン決定部を備える
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力管理装置。
7. 前記クラスタ生成部は、前記複数の監視電力の変化を分ける前記２つ以上のクラスタの個数があらかじめ設定されている請求項６記載の電力管理装置。
8. 前記記憶部に記憶される前記監視電力は、過去の単位期間における実績値と、将来の単位期間における予測値との少なくとも一方である請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力管理装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力管理装置と、
   前記電力系統から電力を受電する前記複数の需要家の前記複数の建物の各々に設けられ、前記複数の建物の各々に敷設された前記電気配線を通して、前記電力系統から受電した電力と併せて前記電気負荷に電力を供給する前記蓄電設備と、
   前記電力管理装置から指示された前記制御内容に従って前記蓄電設備の充電および放電を制御する制御装置とを備える
   電力管理システム。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力管理装置と、
    前記複数の建物の各々に設けられた前記蓄電設備の充電および放電を、前記電力管理装置から指示した前記制御内容に従って制御する制御装置との間で通信する通信インターフェイス部とを備える
    サーバ。
11. 電力系統から電力を受電する複数の需要家の複数の建物の各々に設けられた蓄電設備の電力および前記電力系統から受電した電力を、前記複数の建物の各々に敷設された電気配線を通して電気負荷に供給するにあたり、建物ごとに前記蓄電設備の充電および放電の制御内容を指示する電力管理方法であって、
    前記複数の建物の各々において着目する電力を監視電力として、前記監視電力の時間経過に伴う変化を建物ごとに記憶部が記憶し、
    前記記憶部が記憶している建物ごとの前記監視電力について所定の単位期間における変化を分類部が複数種類の電力パターンに類別し、
    前記分類部が類別した前記複数種類の電力パターンを２つ以上のパターン型として、パターン型ごとに、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化するという条件で、計画部が前記蓄電設備の充電および放電の制御内容を定め、
    前記計画部が定めたパターン型ごとの前記制御内容を、各パターン型が適合する建物の前記蓄電設備に指示部が指示する
    電力管理方法。
12. コンピュータを、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力管理装置として機能させるプログラム。

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