JP6365059B2 - Energy management system and power supply and demand plan optimization method - Google Patents

Energy management system and power supply and demand plan optimization method Download PDF

Info

Publication number
JP6365059B2
JP6365059B2 JP2014149794A JP2014149794A JP6365059B2 JP 6365059 B2 JP6365059 B2 JP 6365059B2 JP 2014149794 A JP2014149794 A JP 2014149794A JP 2014149794 A JP2014149794 A JP 2014149794A JP 6365059 B2 JP6365059 B2 JP 6365059B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
supply
demand plan
power
convex
solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014149794A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016025792A (en
Inventor
祐司 小熊
祐司 小熊
宗彦 前田
宗彦 前田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP2014149794A priority Critical patent/JP6365059B2/en
Publication of JP2016025792A publication Critical patent/JP2016025792A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6365059B2 publication Critical patent/JP6365059B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Description

本発明は、エネルギーマネジメントシステムおよび電力需給計画最適化方法に関する。   The present invention relates to an energy management system and a power supply and demand plan optimization method.

特許文献1に記載されるように、蓄電ユニットと、車載蓄電装置に充電するための充電スタンドと、太陽光発電機と、一般負荷とを備えた電力供給システムが知られている。これらの機器は住宅等に設けられており、統合電力制御装置を介して交流電力線に接続されている。統合電力制御装置は、消費電力量の予測データ、発電量の予測データおよび車載蓄電装置の使用スケジュールに基づいて、電力機器の充放電スケジュールを決定する。統合電力制御装置は、充放電スケジュールに従って、蓄電ユニットおよび車載蓄電装置へ充電する電力と、蓄電ユニットおよび車載蓄電装置から交流電力線に放電する電力とを制御する。   As described in Patent Literature 1, a power supply system including a power storage unit, a charging stand for charging an in-vehicle power storage device, a solar power generator, and a general load is known. These devices are provided in a house or the like, and are connected to an AC power line via an integrated power control device. The integrated power control device determines a charging / discharging schedule of the power device based on the prediction data of the power consumption amount, the prediction data of the power generation amount, and the use schedule of the in-vehicle power storage device. The integrated power control device controls the power charged to the power storage unit and the in-vehicle power storage device and the power discharged from the power storage unit and the on-vehicle power storage device to the AC power line according to the charge / discharge schedule.

統合電力制御装置は、予め設定された評価指標が所定値となるように、充放電を混合整数計画問題に定式化して算出する。混合整数計画問題では、論理変数を用いた線形不等式制約によって条件分岐が表現されている。このように条件分岐を表現することにより、最適化ツールを用いて解を求めている。   The integrated power control apparatus formulates and calculates charging / discharging into a mixed integer programming problem so that a preset evaluation index becomes a predetermined value. In mixed integer programming problems, conditional branches are expressed by linear inequality constraints using logical variables. By expressing conditional branches in this way, a solution is obtained using an optimization tool.

特開2013−27214号公報JP2013-27214A

混合整数計画問題とは、目的関数、不等式制約条件、等式制約条件がすべて線形関数で表現されており、且つ設計変数の中に整数のみをとるものがある最適化問題である。上記した電力供給システムのように、需給計画最適化問題を混合整数計画問題として定式化する場合、目的関数と制約条件はいずれも線形性を有する必要がある。マイクログリッド中に非線形性を有する機器が混在する場合、上記した電力供給システムでは、最適解を求められない可能性がある。このように、非線形性を有する機器が混在する場合に、混合整数計画問題を適用することは難しかった。   The mixed integer programming problem is an optimization problem in which an objective function, an inequality constraint condition, and an equality constraint condition are all expressed by linear functions, and some design variables take only integers. When the supply and demand plan optimization problem is formulated as a mixed integer programming problem as in the power supply system described above, both the objective function and the constraint condition must have linearity. When devices having non-linearity are mixed in the microgrid, the above-described power supply system may not be able to obtain an optimal solution. As described above, it is difficult to apply the mixed integer programming problem when devices having nonlinearity are mixed.

本発明は、マイクログリッドが非線形性を有する機器を備える場合でも、需給計画を確実に且つ安定して計算することができるエネルギーマネジメントシステムおよび電力需給計画最適化方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an energy management system and a power supply and demand plan optimization method capable of reliably and stably calculating a supply and demand plan even when the microgrid includes a device having non-linearity.

本発明は、再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と蓄電装置と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化するエネルギーマネジメントシステムであって、最適化の指標であると共に狭義凸関数である目的関数の最適化問題を解くことにより需給計画を計算する需給計画計算部を備え、需給計画計算部は、凸制約条件と非凸制約条件とを含む制約条件のうち、凸制約条件のみを考慮した緩和問題を解くことにより需給計画を計算する。   The present invention is an energy management system that optimizes an energy supply and demand plan in a microgrid that includes a generator that generates power using renewable energy, a power storage device, and a load, and that is connected to an external power system. The supply and demand plan calculation unit calculates the supply and demand plan by solving the optimization problem of the objective function that is a narrowly convex function, and the supply and demand plan calculation unit is a constraint including convex constraint conditions and non-convex constraint conditions. The supply and demand plan is calculated by solving the relaxation problem considering only the convex constraints among the conditions.

このエネルギーマネジメントシステムによれば、目的関数は狭義凸関数であり、制約条件は凸制約条件と非凸制約条件との両方を含んでいる。また、目的関数や制約条件は非線形関数によって定義され得る。よって、混合整数計画問題を解く場合に必要であった、目的関数と制約条件の線形性は、不要である。これにより、マイクログリッドが非線形性を有する機器を備える場合でも、需給計画を確実に計算することができる。   According to this energy management system, the objective function is a narrowly convex function, and the constraint condition includes both a convex constraint condition and a non-convex constraint condition. The objective function and the constraint condition can be defined by a nonlinear function. Therefore, the linearity of the objective function and the constraint condition, which is necessary when solving the mixed integer programming problem, is unnecessary. Thereby, even when the microgrid includes a device having non-linearity, the supply and demand plan can be reliably calculated.

このエネルギーマネジメントシステムでは、まず、需給計画計算部によって、狭義凸関数である目的関数に対し、凸制約条件のみを考慮した緩和問題が解かれる。緩和問題は狭義凸最適化問題となるため、ここで得られる解は、緩和問題の大域的最適解であり、唯一に存在する。   In this energy management system, first, the supply and demand plan calculation unit solves the relaxation problem considering only the convex constraint condition for the objective function which is a narrowly convex function. Since the relaxation problem becomes a narrow convex optimization problem, the solution obtained here is a global optimal solution of the relaxation problem, and exists only.

いくつかの態様において、エネルギーマネジメントシステムは、需給計画計算部によって求められた緩和問題の解が凸制約条件および非凸制約条件を満たすか否かを判断する制約条件判断部を更に備える。この場合、制約条件判断部によって、緩和問題の解が凸制約条件および非凸制約条件を満たすか否かが判断され、その解を最適解とすることの妥当性を判断できる。   In some aspects, the energy management system further includes a constraint condition determination unit that determines whether the solution of the relaxation problem obtained by the supply and demand plan calculation unit satisfies the convex constraint condition and the non-convex constraint condition. In this case, the constraint condition determination unit determines whether the solution of the relaxation problem satisfies the convex constraint condition and the non-convex constraint condition, and can determine the validity of making the solution an optimal solution.

いくつかの態様において、需給計画計算部によって求められた緩和問題の解がすべての凸制約条件およびすべての非凸制約条件を満たす場合に、需給計画計算部は、緩和問題の解を最適化問題の大域的最適解として出力する。   In some embodiments, when the solution of the relaxation problem obtained by the supply and demand plan calculation unit satisfies all the convex constraint conditions and all the non-convex constraint conditions, the supply and demand plan calculation unit determines that the solution of the relaxation problem is an optimization problem. Is output as the global optimal solution.

いくつかの態様において、需給計画計算部によって求められた緩和問題の解がすべての凸制約条件を満たし且つ一部またはすべての非凸制約条件を満たさない場合、需給計画計算部は、緩和問題の解を初期解として、凸制約条件および非凸制約条件を考慮した目的関数の元問題を、決定論的局所探索手法を用いて解く。上記したように、緩和問題では、初期値に依存せずに唯一の解が得られる。この唯一の解が元問題の最適化の初期値となるため、決定論的局所探索手法を用いて元問題を解いた結果得られる局所的最適解は、一意に定まる。   In some aspects, if the solution of the relaxation problem obtained by the supply and demand plan calculation unit satisfies all convex constraints and does not satisfy some or all non-convex constraints, the supply and demand plan calculation unit Using the solution as the initial solution, the original problem of the objective function considering the convex and non-convex constraints is solved using the deterministic local search method. As described above, in the relaxation problem, the only solution can be obtained without depending on the initial value. Since this only solution is the initial value for the optimization of the original problem, the local optimal solution obtained as a result of solving the original problem using the deterministic local search method is uniquely determined.

いくつかの態様において、需給計画計算部によって求められた元問題の解がすべての凸制約条件およびすべての非凸制約条件の両方を満たす場合に、需給計画計算部は、元問題の解を最適化問題の局所的最適解として出力する。この場合、制約条件判断部によって、元問題の解が凸制約条件および非凸制約条件を満たすか否かが判断され、その解を最適解とすることの妥当性を判断できる。上述のとおり、元問題を解いて得られる局所的最適解は一意であるため、非凸制約条件を含み、複数の局所的最適解を有する需給計画最適化問題においても、計算の度に需給計画が変化することがないため、得られた需給計画を現実の機器運転に反映しやすい。   In some aspects, the supply and demand plan calculation unit optimizes the original problem solution when the solution of the original problem determined by the supply and demand plan calculation unit satisfies both all convex constraints and all non-convex constraints. Output as a local optimal solution of the optimization problem. In this case, the constraint condition determination unit determines whether or not the solution of the original problem satisfies the convex constraint condition and the non-convex constraint condition, and can determine the validity of making the solution an optimal solution. As described above, the local optimal solution obtained by solving the original problem is unique. Therefore, even in the supply and demand plan optimization problem including non-convex constraints and having multiple local optimal solutions, the supply and demand plan is calculated each time. Therefore, it is easy to reflect the obtained supply and demand plan on actual equipment operation.

いくつかの態様において、エネルギーマネジメントシステムは、需給計画計算部によって算出された解を需給計画として保存するか棄却するかを判断する需給計画採否判断部を更に備える。需給計画採否判断部では、需給計画計算部で計算された需給計画が実行可能でない場合であっても、その原因が将来の制約を満たせないことによるものである場合、現時刻に関する制約をすべて満たすことを条件として、その解を暫定的に需給計画として採用し記憶領域に保存する。このようにすることで、将来的に天候の変動等により再度実行可能な需給計画が得られる場合に備えて需給計画計算を継続することができる。   In some embodiments, the energy management system further includes a supply / demand plan adoption determination unit that determines whether to save or reject the solution calculated by the supply / demand plan calculation unit as a supply / demand plan. Even if the supply and demand plan calculated by the supply and demand plan calculation unit is not feasible, the supply and demand plan acceptance / rejection determination unit satisfies all the constraints on the current time if the cause is that the future constraints cannot be satisfied. As a condition, the solution is provisionally adopted as a supply and demand plan and stored in the storage area. By doing so, it is possible to continue the supply and demand plan calculation in preparation for a case where a supply and demand plan that can be executed again due to weather fluctuations and the like is obtained in the future.

いくつかの態様において、目的関数は受電電力コストに関する関数であり、マイクログリッドにおいて電力が余剰である場合に、余剰電力を外部電力系統に供給して売電するか、または、蓄電装置に供給するかを、ポリシーとしてユーザが予め定めることができる。目的関数が受電電力コストに関する関数であり、かつ買電時の電気料金の単価よりも売電時の電気料金の単価の方が高く設定されている場合、電気料金関数は非凸関数となるため、需給計画最適化問題は上述した狭義凸最適化問題とならず、凸制約条件のみを考慮した緩和問題の最適化において、複数の局所的最適解をもつ可能性がある。そこで、電力余剰時のポリシーとして、余剰電力を売電するか、あるいは余剰分とそれに加え、さらに買電して蓄電池装置の充電を進めるかを定めておくことにより、電気料金関数を凸関数として定義でき、緩和問題の最適化において一意な解を求めることができるようになる。   In some embodiments, the objective function is a function related to received power cost, and when the power is surplus in the microgrid, the surplus power is supplied to the external power system for sale or supplied to the power storage device. This can be predetermined by the user as a policy. If the objective function is a function related to the received power cost and the unit price of the electricity charge at the time of power sale is set higher than the unit price of the electricity charge at the time of power purchase, the electricity charge function is a non-convex function. The supply and demand plan optimization problem is not the narrow-convex convex optimization problem described above, and may have a plurality of local optimal solutions in the optimization of the relaxation problem considering only the convex constraint conditions. Therefore, as a policy for surplus power, by setting whether to sell surplus power or whether to purchase surplus power and purchase more power to charge the storage battery device, the electricity rate function is made a convex function. It is possible to define a unique solution in the optimization of the relaxation problem.

本発明は、再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と蓄電装置と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化する電力需給計画最適化方法であって、エネルギーマネジメントシステムが、最適化の指標であると共に狭義凸関数である目的関数の最適化問題を解くことにより需給計画を計算する際に、凸制約条件と非凸制約条件とを含む制約条件のうち、凸制約条件のみを考慮した緩和問題を解くことにより需給計画を計算するステップを含む。この電力需給計画最適化方法を用いれば、狭義凸関数として定義された指標が最小化された需給計画が計算される。よって、上記したエネルギーマネジメントシステムと同様の作用効果が奏される。   The present invention is a power supply and demand plan optimization method for optimizing an energy supply and demand plan in a microgrid that includes a generator that generates power using renewable energy, a power storage device, and a load, and that is connected to an external power system. When the energy management system calculates the supply and demand plan by solving the optimization problem of the objective function, which is an index of optimization and a narrowly convex function, the constraint conditions including convex and non-convex constraints Among them, it includes a step of calculating a supply and demand plan by solving a relaxation problem considering only convex constraints. If this power supply and demand plan optimization method is used, a supply and demand plan in which an index defined as a narrowly convex function is minimized is calculated. Therefore, the same operation effect as the above-mentioned energy management system is produced.

本発明によれば、マイクログリッドが非線形性を有する機器を備える場合でも、需給計画を確実に且つ安定して計算することができる。   According to the present invention, even when the microgrid includes a device having non-linearity, the supply and demand plan can be calculated reliably and stably.

本発明の一実施形態のエネルギーマネジメントシステムが適用された電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the electric power supply system to which the energy management system of one Embodiment of this invention was applied. 図1中のエネルギーマネジメントシステムの機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the energy management system in FIG. 図2のエネルギーマネジメントシステムにおいて実行される処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process performed in the energy management system of FIG. 図3中の需給計画最適化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the supply-and-demand plan optimization process in FIG. (a)は電気料金関数を示す図、(b)は電力余剰時のポリシーに沿ったフローチャートである。(A) is a figure which shows an electricity bill function, (b) is a flowchart along the policy at the time of a power surplus. (a)は緩和問題の最適化の概念図、(b)は元問題の最適化の概念図である。(A) is a conceptual diagram of optimization of a relaxation problem, (b) is a conceptual diagram of optimization of an original problem. 図2のエネルギーマネジメントシステムによって計算された需給計画における、蓄電池の充放電量の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the charging / discharging amount of a storage battery in the supply-and-demand plan calculated by the energy management system of FIG. マイクログリッドにおける売電時の電気自動車、蓄電池、原動機の解列状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the disconnected state of the electric vehicle at the time of the power sale in a microgrid, a storage battery, and a motor | power_engine. 図2のエネルギーマネジメントシステムによって計算された需給計画における、蓄電池の充放電量の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the charging / discharging amount of a storage battery in the supply-and-demand plan calculated by the energy management system of FIG. 本発明の一実施形態の電力需給計画最適化プログラムが格納された記憶媒体を示す図である。It is a figure which shows the storage medium in which the electric power supply-and-demand plan optimization program of one Embodiment of this invention was stored.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

(電力供給システムおよびエネルギーマネジメントシステム)
図1を参照して、本実施形態に係るエネルギーマネジメントシステムが適用された電力供給システム1について説明する。図1に示されるように、電力供給システム1は、複数種類の発電機と電力消費機器とを備えたマイクログリッドGと、マイクログリッドGにおける各機器の制御値を計算するエネルギーマネジメントシステム20とを備える。以下の説明において、「エネルギーマネジメントシステム」を「EMS」と略称する。図1において、実線の矢印は電気の流れを示しており、破線の矢印は情報の流れを示している。
(Power supply system and energy management system)
With reference to FIG. 1, the power supply system 1 to which the energy management system according to the present embodiment is applied will be described. As shown in FIG. 1, the power supply system 1 includes a microgrid G including a plurality of types of generators and power consuming devices, and an energy management system 20 that calculates control values of the devices in the microgrid G. Prepare. In the following description, “energy management system” is abbreviated as “EMS”. In FIG. 1, a solid line arrow indicates the flow of electricity, and a broken line arrow indicates the flow of information.

電力供給システム1は、たとえばビルまたは工場等を所有する需要家によって利用され得る。電力供給システム1は、たとえば再生可能エネルギー発電機を所有する売電事業者によって利用され得る。EMS20は、このような需要家または売電事業者に対して、最適化されたエネルギーの需給計画を提供する。   The power supply system 1 can be used by a consumer who owns a building or a factory, for example. The power supply system 1 can be used by, for example, a power sales company that owns a renewable energy generator. The EMS 20 provides an optimized energy supply and demand plan to such a consumer or a power sales company.

マイクログリッドGは、太陽光発電機3および風力発電機4を含む再生可能エネルギー発電機5と、化石燃料を用いて発電を行う原動機7とを備える。原動機7としては、たとえばガスタービンを用いることができる。また、原動機7として、コージェネレーション用ガスタービンを用いることもできる。マイクログリッドGは、マイクログリッドG内の電力を消費する負荷6と、マイクログリッドG内の電力を用いて走行する電気自動車(蓄電装置)8とを更に備える。負荷6は、電力を消費する複数の機器を含み得る。電気自動車8は、図示しない蓄電池を含んでおり、電力を蓄電および放電可能である。電気自動車8は、たとえば充電スタンドを含み得る。マイクログリッドGは、電力を蓄電および放電可能な蓄電池(蓄電装置)9を更に備える。蓄電池9としては、たとえばリチウムイオン電池を用いることができる。マイクログリッドGは、上記した複数の電力機器が電気的に接続されたグリッド制御装置10を備える。グリッド制御装置10は、外部電力系統2に接続されている。言い換えれば、上記した複数の電力機器のそれぞれは、グリッド制御装置10を介して外部電力系統2に接続されている。   The microgrid G includes a renewable energy generator 5 including a solar power generator 3 and a wind power generator 4, and a prime mover 7 that generates power using fossil fuel. For example, a gas turbine can be used as the prime mover 7. Further, a gas turbine for cogeneration can be used as the prime mover 7. The microgrid G further includes a load 6 that consumes power in the microgrid G, and an electric vehicle (power storage device) 8 that travels using the power in the microgrid G. The load 6 may include a plurality of devices that consume power. The electric vehicle 8 includes a storage battery (not shown) and can store and discharge electric power. The electric vehicle 8 may include a charging station, for example. The microgrid G further includes a storage battery (power storage device) 9 capable of storing and discharging electric power. As the storage battery 9, a lithium ion battery can be used, for example. The microgrid G includes a grid control device 10 to which the plurality of power devices described above are electrically connected. The grid control device 10 is connected to the external power system 2. In other words, each of the plurality of power devices described above is connected to the external power system 2 via the grid control device 10.

マイクログリッドGにおける使用電力は、再生可能エネルギー発電機5または原動機7または電気自動車8または蓄電池9によって賄われる。その他、マイクログリッドGでは、外部電力系統2から電力を購入(すなわち買電)したり、外部電力系統2に対する逆潮流により電力を売却(すなわち売電)したりすることが可能である。一般的に、買電価格は電力会社との契約に依存するが、本実施形態では、買電価格は時間帯に依存して変化することを想定する。売電価格は、たとえば「電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関する特別措置法」により規定される。なお、買電価格または売電価格は、上記の制度とは別に定められてもよい。   The electric power used in the microgrid G is covered by the renewable energy generator 5 or the prime mover 7, the electric vehicle 8 or the storage battery 9. In addition, in the microgrid G, it is possible to purchase power (that is, purchase power) from the external power system 2 or sell power (that is, sell power) by a reverse flow to the external power system 2. In general, the power purchase price depends on the contract with the power company, but in the present embodiment, it is assumed that the power purchase price changes depending on the time zone. The power selling price is defined by, for example, the “Special Measures Law concerning Renewable Energy Electricity Procurement by Electric Power Companies”. The power purchase price or the power sale price may be determined separately from the above system.

グリッド制御装置10は、たとえばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、およびRAM(Random Access Memory)等のハードウェアと、ROMに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、を備えている。グリッド制御装置10は、グリッド制御装置10に接続された電力機器を統括的に制御する。グリッド制御装置10は、電気の流れを制御するための制御回路および蓄電池等を備える。グリッド制御装置10は、外部電力系統2からの受電電力および外部電力系統2への逆潮流電力を制御する。グリッド制御装置10と各電力機器とは、互いに情報通信を行うことができる。グリッド制御装置10は、各電力機器の現在状態に関する情報等を取得する。グリッド制御装置10は、各電力機器に制御値を出力する。グリッド制御装置10は、取得した各電力機器に関する情報を記憶する。グリッド制御装置10は、各電力機器に関する情報をEMS20に送信する。   The grid control device 10 includes hardware such as a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), and RAM (Random Access Memory), and software such as a program stored in the ROM. The grid control device 10 comprehensively controls power devices connected to the grid control device 10. The grid control device 10 includes a control circuit and a storage battery for controlling the flow of electricity. The grid control device 10 controls received power from the external power grid 2 and reverse power flow to the external power grid 2. The grid control device 10 and each power device can perform information communication with each other. The grid control device 10 acquires information on the current state of each power device. The grid control device 10 outputs a control value to each power device. The grid control device 10 stores information about each acquired power device. The grid control device 10 transmits information regarding each power device to the EMS 20.

上記したグリッド制御装置10の各電力機器のうち、原動機7、電気自動車8および蓄電池9は、グリッド制御装置10によって出力制御可能な機器に相当する。   Among the power devices of the grid control device 10 described above, the prime mover 7, the electric vehicle 8, and the storage battery 9 correspond to devices whose output can be controlled by the grid control device 10.

EMS20は、たとえばCPU、ROM、およびRAM等のハードウェアと、ROMに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、から構成されたコンピュータである。EMS20は、後述する電力需給計画最適化プログラム120を含んでいる。EMS20とグリッド制御装置10とは、互いに情報通信を行うことができる。EMS20とグリッド制御装置10とは、インターネットを介して通信可能であってもよいし、有線または無線のLAN等を介して通信可能であってもよい。EMS20は、マイクログリッドG内の各電力機器に対する制御値を計算する機能を有する。言い換えれば、EMS20は、グリッド制御装置10に制御値を送信することにより、グリッド制御装置10を通じて、マイクログリッドG内の各電力機器を制御する。   The EMS 20 is a computer configured by hardware such as a CPU, a ROM, and a RAM, and software such as a program stored in the ROM. The EMS 20 includes a power supply and demand plan optimization program 120 described later. The EMS 20 and the grid control device 10 can perform information communication with each other. The EMS 20 and the grid control device 10 may be communicable via the Internet, or may be communicable via a wired or wireless LAN. The EMS 20 has a function of calculating a control value for each power device in the microgrid G. In other words, the EMS 20 controls each power device in the microgrid G through the grid control device 10 by transmitting a control value to the grid control device 10.

より詳細には、EMS20は、ある一定の指標を目的関数として、マイクログリッドGにおける将来一定期間のエネルギーの需給計画を最適化する。最適化の指標すなわち目的関数としては、たとえば、グリッド運用コストすなわち計画期間(たとえば一日)を通しての電気料金の最小化、計画期間を通しての受電電力変動量の最小化、排出COの最小化等が挙げられる。EMS20は、目的関数の最適化問題を解くことにより、需給計画を計算する。目的関数は、上記した3つの指標以外の指標であってもよい。目的関数とされる指標は、特に限定されない。また、目的関数は複数の目的関数の加重和で定義されていてもよい。最適化問題の定式化の詳細については、後述する。 More specifically, the EMS 20 optimizes an energy supply and demand plan for a certain period in the future in the microgrid G using a certain index as an objective function. As an optimization index, that is, an objective function, for example, grid operation costs, that is, electricity charges are minimized during a planning period (for example, one day), received power fluctuation amount is minimized during a planning period, and emission CO 2 is minimized. Is mentioned. The EMS 20 calculates the supply and demand plan by solving the optimization problem of the objective function. The objective function may be an index other than the above three indices. The index used as the objective function is not particularly limited. The objective function may be defined by a weighted sum of a plurality of objective functions. Details of the formulation of the optimization problem will be described later.

目的関数の独立変数は、マイクログリッドG内において制御可能なものであれば、何であってもよい。たとえば、独立変数は、蓄電池9における各時刻の充放電電力であってもよい。独立変数は、電気自動車8における各時刻の充放電電力であってもよい。独立変数は、原動機7における各時刻の発電電力であってもよい。また、マイクログリッドG内の制御可能機器である原動機7、電気自動車8、蓄電池9の数は全体で1以上であればよく、任意個であってよい。原動機7、電気自動車8、蓄電池9は、機器ごとに異なる性能を有していてもよい。   The independent variable of the objective function may be anything as long as it can be controlled in the microgrid G. For example, the independent variable may be charge / discharge power at each time in the storage battery 9. The independent variable may be charge / discharge power at each time in the electric vehicle 8. The independent variable may be generated power at each time in the prime mover 7. Moreover, the number of the motor | power_engine 7, the electric vehicle 8, and the storage battery 9 which are the controllable apparatus in the microgrid G should just be 1 or more in total, and may be arbitrary pieces. The prime mover 7, the electric vehicle 8, and the storage battery 9 may have different performances for each device.

一方で、電力供給システム1は、マイクログリッドGにおける需要電力量および発電量の予測値を記憶する需要・発電量予測データベース12を備える。EMS20と需要・発電量予測データベース12とは、互いに情報通信を行うことができる。EMS20は、特定の日時における需要電力量および発電量の予測値を需要・発電量予測データベース12から取得する。需要・発電量予測データベース12に記憶される需要電力量および発電量の予測値は、定期的に更新される。   On the other hand, the power supply system 1 includes a demand / power generation amount prediction database 12 that stores a predicted amount of power demand and power generation amount in the microgrid G. The EMS 20 and the demand / power generation amount prediction database 12 can perform information communication with each other. The EMS 20 acquires the demand power generation amount and the power generation amount prediction value at a specific date and time from the demand / power generation amount prediction database 12. The demand power amount and the predicted value of the power generation amount stored in the demand / power generation amount prediction database 12 are periodically updated.

EMS20は、グリッド制御装置10から取得するマイクログリッドGの各電力機器に関する最新の情報(たとえば機器状態等)と、需要・発電量予測データベース12から取得する発電量および需要電力量に関する最新の情報(たとえば予測値等)とに基づいて、需給計画を修正する(すなわち需給計画を更新する)。マイクログリッドGの各電力機器に関する情報(たとえば機器状態等)および/または発電量および需要電力量に関する情報(たとえば予測値等)は、需給計画の計算において、パラメータとして用いられる。すなわち、パラメータは、再生可能エネルギー発電機5、原動機7、蓄電池9および負荷6の少なくとも1つに関する現在値または予測値を含んでいる。   The EMS 20 includes the latest information (for example, device status) regarding each power device of the microgrid G acquired from the grid control device 10 and the latest information regarding the power generation amount and the power demand amount acquired from the demand / power generation amount prediction database 12 ( For example, the supply and demand plan is corrected (that is, the supply and demand plan is updated) based on the predicted value and the like. Information (for example, device status) regarding each electric power device of the microgrid G and / or information (for example, predicted value) regarding the power generation amount and the power demand amount are used as parameters in the calculation of the supply and demand plan. That is, the parameter includes a current value or a predicted value related to at least one of the renewable energy generator 5, the prime mover 7, the storage battery 9, and the load 6.

EMS20は、需給計画の計算において、所与の制約条件のもとで目的関数を最小化するような独立変数の値を求める。たとえば、EMS20は、目的関数の最適化問題を解くことにより、原動機7における各時刻の発電電力を計算する。EMS20は、電気自動車8における各時刻の充放電電力を計算する。EMS20は、蓄電池9における各時刻の充放電電力を計算する。EMS20は、原動機7の発電電力、電気自動車8の充放電電力、蓄電池9の充放電電力に従属するかたちで、外部電力系統2から購入する各時刻の受電電力を計算する。   The EMS 20 calculates the value of an independent variable that minimizes the objective function under given constraints in the calculation of the supply and demand plan. For example, the EMS 20 calculates the generated power at each time in the prime mover 7 by solving the optimization problem of the objective function. The EMS 20 calculates charge / discharge power at each time in the electric vehicle 8. The EMS 20 calculates the charge / discharge power at each time in the storage battery 9. The EMS 20 calculates the received power at each time of purchase from the external power system 2 depending on the generated power of the prime mover 7, the charge / discharge power of the electric vehicle 8, and the charge / discharge power of the storage battery 9.

(エネルギーマネジメントシステム20の機能構成)
図2を参照して、EMS20の機能構成について説明する。EMS20は、統括制御部20aと、通信部21と、計算部22と、記憶部23と、表示部24とを備える。統括制御部20aは、EMS20における処理を統括制御する。統括制御部20aは、たとえば、需給計画計算時刻であるか否かを逐次判断する。通信部21は、グリッド制御装置10および需要・発電量予測データベース12に対して情報通信を行う入出力部である。計算部22は、需給計画を計算する。計算部22は、需給計画計算部22aと、制約条件判断部22bと、需給計画採否判断部22cと、表示制御部22dとを含む。需給計画計算部22aは、最適化問題(後述する緩和問題または元問題)を解くことにより、需給計画を計算する。また、需給計画計算部22aは、グリッド制御装置10および需要・発電量予測データベース12から、パラメータを取得する。制約条件判断部22bは、需給計画計算部22aによって計算された需給計画(得られた解)が制約条件を満たすか否かを判断する。需給計画採否判断部22cは、需給計画計算部22aによって計算された需給計画の採否を判断する。需給計画採否判断部22cは、需給計画を採用する場合、その需給計画を需給計画記憶部23cへ保存する。表示制御部22dは、需給計画の計算結果に応じて表示部24を制御する。
(Functional configuration of energy management system 20)
A functional configuration of the EMS 20 will be described with reference to FIG. The EMS 20 includes an overall control unit 20a, a communication unit 21, a calculation unit 22, a storage unit 23, and a display unit 24. The overall control unit 20a performs overall control of processing in the EMS 20. For example, the overall control unit 20a sequentially determines whether or not it is a supply and demand plan calculation time. The communication unit 21 is an input / output unit that performs information communication with the grid control device 10 and the demand / power generation amount prediction database 12. The calculation unit 22 calculates a supply and demand plan. The calculation unit 22 includes a supply / demand plan calculation unit 22a, a constraint condition determination unit 22b, a supply / demand plan adoption determination unit 22c, and a display control unit 22d. The supply and demand plan calculation unit 22a calculates a supply and demand plan by solving an optimization problem (a relaxation problem or an original problem described later). In addition, the supply and demand plan calculation unit 22 a acquires parameters from the grid control device 10 and the demand / power generation amount prediction database 12. The constraint condition determination unit 22b determines whether the supply and demand plan (the obtained solution) calculated by the supply and demand plan calculation unit 22a satisfies the constraint condition. The supply / demand plan adoption determination unit 22c determines whether the supply / demand plan calculated by the supply / demand plan calculation unit 22a is adopted. The supply / demand plan acceptance / rejection determination unit 22c stores the supply / demand plan in the supply / demand plan storage unit 23c when the supply / demand plan is adopted. The display control unit 22d controls the display unit 24 according to the calculation result of the supply and demand plan.

記憶部23は、ハードディスク装置またはフラッシュメモリなどを有している。記憶部23は、問題記憶部23aと、パラメータ記憶部23bと、需給計画記憶部23cと、ポリシー記憶部23dとを含む。問題記憶部23aは、需給計画計算部22aによって解かれる最適化問題(緩和問題または元問題)を記憶する。パラメータ記憶部23bは、需給計画計算部22aによって取得されたパラメータを記憶する。需給計画記憶部23cは、需給計画計算部22aによって計算された需給計画を記憶する。ポリシー記憶部23dは、予め定められたポリシーを記憶する。   The storage unit 23 includes a hard disk device or a flash memory. The storage unit 23 includes a problem storage unit 23a, a parameter storage unit 23b, a supply and demand plan storage unit 23c, and a policy storage unit 23d. The problem storage unit 23a stores an optimization problem (relaxation problem or original problem) solved by the supply and demand plan calculation unit 22a. The parameter storage unit 23b stores parameters acquired by the supply and demand plan calculation unit 22a. The supply and demand plan storage unit 23c stores the supply and demand plan calculated by the supply and demand plan calculation unit 22a. The policy storage unit 23d stores a predetermined policy.

表示部24は、たとえばディスプレイであり、パラメータ、需給計画等を表示する。表示部24は、パラメータ、需給計画等に含まれる詳細な情報を表示してもよい。たとえば、表示部24は、タッチパネル等を備えており、マイクログリッドG内の電力機器が選択されることにより、当該電力機器の運転スケジュール(充放電スケジュールまたは発電スケジュール等)を表示してもよい。表示部24は、計算部22によって制御されて、EMS20のユーザに対して所定のメッセージ(たとえば案内メッセージまたは警告メッセージ等)を表示してもよい。   The display unit 24 is a display, for example, and displays parameters, supply and demand plans, and the like. The display unit 24 may display detailed information included in parameters, supply and demand plans, and the like. For example, the display unit 24 includes a touch panel or the like, and may display an operation schedule (such as a charge / discharge schedule or a power generation schedule) of the power device when the power device in the microgrid G is selected. The display unit 24 may be controlled by the calculation unit 22 to display a predetermined message (for example, a guidance message or a warning message) to the user of the EMS 20.

(最適化問題)
続いて、問題記憶部23aに記憶される最適化問題(緩和問題または元問題)について説明する。以下の説明では、蓄電池9、太陽光発電機3、風力発電機4および負荷6からなるマイクログリッドGにおける需給計画最適化問題の定式化の例を下記式(1)〜(7)に示す。
(Optimization problem)
Next, the optimization problem (relaxation problem or original problem) stored in the problem storage unit 23a will be described. In the following description, the following formulas (1) to (7) show examples of formulation of the supply and demand plan optimization problem in the microgrid G including the storage battery 9, the solar power generator 3, the wind power generator 4, and the load 6.

各関数は、以下の式(1)〜(5)を満たす。




Each function satisfies the following formulas (1) to (5).




ここで、以下の式(6)および(7)が成り立っている。

Here, the following formulas (6) and (7) are established.

上記の各式における独立変数を下記の表1に示す。また、従属変数を下記の表2に示し、定数および定義済み関数の意味を下記の表3に示す。以下、k=1…kは時刻を意味し、記号に(k)が付記されたものは時刻依存の量であることを示す。上記式(1)におけるg(EBT)は、目的関数の狭義凸性を保証するために付与される適当な関数であり、元々最小化したい目的関数の狭義凸性が保証されているならば不要である。この関数は、元の目的関数の評価に影響のない程度の小さい値をとるものとし、たとえばすべての独立変数の二乗和に微小な係数を乗じたものなどを採用することができる。上記式(7)は蓄電池9の充電時、放電時にそれぞれエネルギー損失が生じるという非線形性を考慮するための関数である。 The independent variables in the above equations are shown in Table 1 below. The dependent variables are shown in Table 2 below, and the meanings of constants and predefined functions are shown in Table 3 below. In the following, k = 1... K means time, and a symbol with (k) added indicates a time-dependent amount. G (E BT ) in the above formula (1) is an appropriate function given to guarantee the narrowness convexity of the objective function, and if the narrowness convexity of the objective function to be originally minimized is guaranteed. It is unnecessary. This function takes a small value that does not affect the evaluation of the original objective function. For example, a function obtained by multiplying the sum of squares of all independent variables by a small coefficient can be employed. The above equation (7) is a function for taking into account the nonlinearity that energy loss occurs when the storage battery 9 is charged and discharged.



EMS20では、所与の制約条件は、凸制約条件と非凸制約条件の2種類に分類されている。凸制約条件と非凸制約条件とは、たとえば、アルゴリズムが設計者によって作成される段階で分類される。たとえば、凸制約条件の例としては、SOC(充放電状態;State of Charge)の上下限値、蓄電池9の充放電量の上下限値等が挙げられる。非凸制約条件の例としては、原動機7の運転条件(経済性と安定性の観点から、出力0%(停止)とするか、一定以上の出力で運転するかのいずれかとし、極端に低い出力での運転はしない)等が挙げられる。凸制約条件または非凸制約条件の判別は、制約条件を記述する数式の性質を用いることで判別され得るが、上下限値のように明らかに凸制約条件であるもの以外については、非凸制約条件と分類することができる。   In the EMS 20, given constraint conditions are classified into two types, convex constraint conditions and non-convex constraint conditions. The convex constraint condition and the non-convex constraint condition are classified, for example, when the algorithm is created by the designer. For example, examples of the convex constraint conditions include upper and lower limit values of SOC (charge / discharge state; State of Charge), upper and lower limit values of the charge / discharge amount of the storage battery 9, and the like. As an example of the non-convex constraint condition, the operating condition of the prime mover 7 (from the viewpoint of economy and stability, either the output is 0% (stopped) or the engine is operated with a certain output or more, and is extremely low. No operation at output). Discrimination of convex constraints or non-convex constraints can be determined by using the properties of mathematical expressions that describe the constraints, but non-convex constraints other than those that are clearly convex constraints such as upper and lower limits Can be classified as conditions.

また、EMS20では、最適化問題は、元問題と緩和問題との2種類に分類されている。問題記憶部23aに記憶される最適化問題のうち、元問題は、凸制約条件および非凸制約条件の両方を考慮した最適化問題である。一方、緩和問題は、凸制約条件のみを考慮した最適化問題である。   In EMS 20, the optimization problem is classified into two types, an original problem and a relaxation problem. Of the optimization problems stored in the problem storage unit 23a, the original problem is an optimization problem that considers both convex constraint conditions and non-convex constraint conditions. On the other hand, the relaxation problem is an optimization problem that considers only convex constraints.

(ポリシーの設定)
次に、図5を参照して、ポリシー記憶部23dに記憶されているポリシーについて説明する。目的関数が受電電力コストに関する関数である場合について考える。図5(a)に示されるように、現状の法制度(たとえば「再生可能エネルギーの固定価格買取制度」)では、買電時の電気料金の単価よりも売電時の電気料金の単価の方が高く設定されている。すなわち、売電料金Pbの傾きは、買電料金Paの傾きよりも大きくなっている。この場合、買電料金Paおよび売電料金Pbからなる電気料金の関数は、非凸関数である。仮に買電料金Paよりも単価の安い売電料金Pcに変更した場合には、買電料金Paおよび売電料金Pcからなる電気料金の関数は、凸関数になる。
(Policy setting)
Next, the policy stored in the policy storage unit 23d will be described with reference to FIG. Consider the case where the objective function is a function related to the received power cost. As shown in FIG. 5A, in the current legal system (for example, “fixed price purchase system for renewable energy”), the unit price of electricity charges at the time of power sale is higher than the price of electricity charges at the time of power purchase. Is set high. That is, the slope of the power sale fee Pb is larger than the slope of the power purchase fee Pa. In this case, the function of the electricity rate composed of the power purchase fee Pa and the power sale fee Pb is a non-convex function. If it is changed to a power sale fee Pc whose unit price is lower than the power purchase fee Pa, the function of the electricity fee consisting of the power purchase fee Pa and the power sale fee Pc becomes a convex function.

そこで、余剰電力を外部電力系統2に供給して売電するか、または、蓄電装置に供給するかを、ポリシーとして予め定めておくことができる。このようにポリシーを定めておくことにより、電気料金関数を凸関数とすることができる。まず、電力余剰時には売電すると定めている場合には、蓄電池9や原動機7といった「制御可能な機器」をマイクログリッドGから切り離す(解列させる)必要がある(図8参照)。よって、当該時刻についてはマイクログリッドG内から制御可能な機器がなくなるため、最適化の要素、すなわち独立変数がなくなる。一方、電力余剰時に売電せず、余剰分とそれに加えさらに買電して蓄電池装置の充電を進めると定めている場合には、蓄電池9の充放電電力の探索範囲を正側(買電側)に限定することができ、図5(a)の負側(売電側)の傾きを無視できる。よって、たとえば負側の傾きをゼロとすれば、電気料金関数を(狭義でない)凸関数とすることができる。上記をまとめると、電力余剰時のポリシーを予め定めておけば、電力余剰時刻の需給計画の最適化において、「当該時刻の需給を最適化から除外」または「電気料金関数を凸関数で定義」のいずれかを実現することができる。   Therefore, whether to supply surplus power to the external power system 2 for sale or to supply to the power storage device can be determined in advance as a policy. By setting the policy in this way, the electricity rate function can be a convex function. First, when it is determined that power is sold when surplus power is present, it is necessary to disconnect (disconnect) “controllable devices” such as the storage battery 9 and the prime mover 7 from the microgrid G (see FIG. 8). Therefore, since there is no controllable device from within the microgrid G for the time, there is no optimization element, that is, an independent variable. On the other hand, when it is stipulated that power is not sold at the time of surplus power, and that the surplus and additional power is purchased to charge the storage battery device, the search range of charge / discharge power of the storage battery 9 is set to the positive side (the power purchase side). ) And the inclination on the negative side (power selling side) in FIG. 5A can be ignored. Therefore, for example, if the negative slope is zero, the electricity rate function can be a convex function (not strictly defined). To summarize the above, if the policy for surplus electricity is determined in advance, in the optimization of the supply and demand plan for the surplus electricity time, "exclude the supply and demand at the time from optimization" or "define the electricity rate function with a convex function" Either of these can be realized.

事前にポリシーを設定することにより目的関数を凸関数にできる例としては、電気料金のほか、原動機7の起動停止コストなどが考えられる。原動機7の起動停止コストを計上する場合、一般に目的関数は非凸関数となる。そこで、「マイクログリッドGにおいて一定以上の電力需要がある場合は原動機7を起動する」というポリシーを定めておくことにより、目的関数から原動機7の起動停止コストに関わる部分を除外することができる。   As an example in which the objective function can be changed to a convex function by setting a policy in advance, the cost of starting and stopping the motor 7 can be considered in addition to the electricity charge. When the start / stop cost of the prime mover 7 is counted, the objective function is generally a non-convex function. Therefore, by defining a policy of “starting the prime mover 7 when there is a certain amount of power demand in the microgrid G”, it is possible to exclude a part related to the start / stop cost of the prime mover 7 from the objective function.

(電力需給計画最適化方法)
図3を参照して、EMS20において実行される処理、すなわち本実施形態の電力需給計画最適化方法について説明する。以下の処理は、EMS20が起動している間、定期的に実行される。図3に示されるように、統括制御部20aは、需給計画計算時刻であるか否かを逐次判断する(ステップS01)。統括制御部20aによって需給計画が計算される頻度は、たとえば30分間隔とすることができる。ステップS01において需給計画時間であると判断すると、統括制御部20aは、需給計画計算部22aに需給計画最適化計算の指令を与える。その指令を受けて、需給計画計算部22aは、最適化問題を解くことにより、需給計画を計算する(ステップS02)。一方、ステップS01において需給計画時間ではないと判断すると、統括制御部20aは、ステップS01の判断を繰り返す。
(Power supply / demand plan optimization method)
With reference to FIG. 3, the process performed in EMS20, ie, the power supply and demand plan optimization method of this embodiment, is demonstrated. The following processing is periodically executed while the EMS 20 is activated. As shown in FIG. 3, the overall control unit 20a sequentially determines whether or not it is a supply and demand plan calculation time (step S01). The frequency with which the supply and demand plan is calculated by the overall control unit 20a can be set at intervals of 30 minutes, for example. If it is determined in step S01 that it is the supply and demand planning time, the overall control unit 20a gives a supply and demand plan optimization calculation command to the supply and demand plan calculation unit 22a. In response to the command, the supply and demand plan calculation unit 22a calculates a supply and demand plan by solving the optimization problem (step S02). On the other hand, if it is determined in step S01 that it is not the planned supply and demand time, the overall control unit 20a repeats the determination in step S01.

ステップS02の需給計画最適化において、需給計画計算部22aは、具体的に需給計画最適化問題を解き、なんらかの解を取得する。ステップS02の詳細は後述する。   In the supply and demand plan optimization in step S02, the supply and demand plan calculation unit 22a specifically solves the supply and demand plan optimization problem and obtains some solution. Details of step S02 will be described later.

需給計画を計算する際、特定日の需給計画のみを考慮して需給計画を計算してもよい。たとえば、初回の需給計画計算時は0:00〜24:00の計画を計算し、次回は0:30分〜24:00の計画を計算してもよい。また、日付を考慮せず、常に24時間先までの需給計画を計算してもよい。たとえば、初回の需給計画計算時は0:00〜24:00の計画を計算し、次回は0:30分〜翌0:30の計画を計算してもよい。   When calculating the supply and demand plan, the supply and demand plan may be calculated considering only the supply and demand plan on a specific day. For example, a plan of 0:00 to 24:00 may be calculated at the time of the first supply and demand plan calculation, and a plan of 0:30 minutes to 24:00 may be calculated the next time. Further, a supply and demand plan for 24 hours ahead may be calculated without considering the date. For example, a plan of 0:00 to 24:00 may be calculated at the time of the first supply and demand plan calculation, and a plan of 0:30 minutes to the next 0:30 may be calculated next time.

需給計画採否判断部22cは、需給計画計算部22aによって得られた最適解すなわち需給計画を採用するか否かを判断する(ステップS03)。このステップS03において、需給計画採否判断部22cは、ステップS02で計算された需給計画を吟味して、需給計画として採用する場合は需給計画記憶部23cに保存する。ステップS02において、実行可能な解が得られた場合は、需給計画採否判断部22cは無条件にその解を需給計画記憶部23cに保存し、需給計画を更新する(ステップS04)。   The supply / demand plan acceptance / rejection determination unit 22c determines whether to adopt the optimum solution obtained by the supply / demand plan calculation unit 22a, that is, the supply / demand plan (step S03). In step S03, the supply and demand plan acceptance / rejection determination unit 22c examines the supply and demand plan calculated in step S02, and stores it in the supply and demand plan storage unit 23c when adopting it as a supply and demand plan. If an executable solution is obtained in step S02, the supply / demand plan acceptance / rejection determination unit 22c unconditionally saves the solution in the supply / demand plan storage unit 23c and updates the supply / demand plan (step S04).

ステップS02において実行不可能な解が得られた場合でも、その原因が将来の制約を満たせないことによるものである場合、現時刻に関する制約をすべて満たすことを条件として、需給計画採否判断部22cは、その解を暫定的に需給計画として採用する(ステップS05)。表示制御部22dは、表示部24に警告メッセージを表示する(ステップS06)。需給計画採否判断部22cは、その解を需給計画記憶部23cに保存し、需給計画を更新する(ステップS04)。   Even if an infeasible solution is obtained in step S02, if the cause is that the future constraint cannot be satisfied, the supply / demand plan adoption determination unit 22c is provided on the condition that all the constraints on the current time are satisfied. The solution is provisionally adopted as a supply and demand plan (step S05). The display control unit 22d displays a warning message on the display unit 24 (step S06). The supply / demand plan acceptance / rejection determination unit 22c stores the solution in the supply / demand plan storage unit 23c, and updates the supply / demand plan (step S04).

このようなケースとしては、需要ピーク時に蓄電池SOC(充放電状態;State of Charge)が不足する等が挙げられる。このようなケースにおいても、天候の変動にともなう再生可能エネルギー発電機5の発電量の増加により、将来的に実行可能解が得られる可能性があるため、必ずしも実行可能解を得るのに失敗した段階で図3の処理を終了する必要はない。ステップS06において、表示部24に表示される警告メッセージとしては、制約違反内容に応じて、たとえば「現状の予測では将来的にSOCが不足する可能性があります」等が挙げられる。またステップS02で計算された需給計画が現時刻時点で実行不可能な場合は(ステップS05;NO)、需給計画採否判断部22cはその解を棄却したうえで、図3に示される処理を終了する。   Examples of such a case include a shortage of storage battery SOC (state of charge) at peak demand. Even in such a case, the feasible solution may be obtained in the future due to an increase in the amount of power generated by the renewable energy generator 5 due to changes in the weather. It is not necessary to end the processing of FIG. 3 at a stage. In step S06, the warning message displayed on the display unit 24 includes, for example, “There is a possibility that SOC will be insufficient in the future in the current prediction” according to the content of the constraint violation. If the supply and demand plan calculated in step S02 cannot be executed at the current time (step S05; NO), the supply and demand plan acceptance / rejection determination unit 22c rejects the solution and ends the process shown in FIG. To do.

EMS20は、上記ステップS02の需給計画最適化処理に特徴を有する。図4を参照して、ステップS02の需給計画最適化処理について説明する。まず、需給計画計算部22aは、問題記憶部23aに保存された最適化問題を読み込み(ステップS11)、次にパラメータを読み込んで問題作成を行う(ステップS12)。ここでいうパラメータとは、たとえばマイクログリッドG内の機器構成や、グリッド制御装置10から取得した電気自動車8や蓄電池9のSOC、原動機7の残り燃料、再生可能エネルギー発電機5の発電量、負荷6の需要量、需要・発電量予測データベース12から取得した需要・発電量予測値等である。   The EMS 20 is characterized by the supply and demand plan optimization process in step S02. With reference to FIG. 4, the supply-and-demand plan optimization process of step S02 is demonstrated. First, the supply and demand plan calculation unit 22a reads an optimization problem stored in the problem storage unit 23a (step S11), and then reads a parameter to create a problem (step S12). The parameters referred to here include, for example, the device configuration in the microgrid G, the SOC of the electric vehicle 8 and the storage battery 9 acquired from the grid control device 10, the remaining fuel of the prime mover 7, the amount of power generated by the renewable energy generator 5, and the load 6, the demand / power generation prediction value obtained from the demand / power generation prediction database 12.

次に、需給計画計算部22aは、ポリシー記憶部23dからポリシーを取得する(ステップS13)。このポリシーとは、たとえば、上記した電力余剰時ポリシーである。   Next, the supply and demand plan calculation unit 22a acquires a policy from the policy storage unit 23d (step S13). This policy is, for example, the above power surplus policy.

次に、需給計画計算部22aは、逆潮流時刻を決定する(ステップS14)。なお、ステップS13およびステップS14は、買電時の電気料金よりも売電時の電気料金の方が高いときのみ必要であり、買電時の電気料金の方が売電時の電気料金の方が高い場合、電気料金関数は凸となるので、売電・買電の判断まで含めて最適化が可能となる。需給計画計算部22aは、発電・需要予測、およびユーザが事前に定めた電力余剰時ポリシー(余剰電力を売電にまわすか,蓄電池充電にまわすか)に基づいて、計画期間中の逆潮流時刻を決定する。逆潮流を行うと定めた時刻の制御については,最適化対象から除外でき、当該時刻の原動機7の発電量、電気自動車8および蓄電池9の充放電電力は自動的にゼロに決定される。これは、図8に示されるように、原動機7、電気自動車8および蓄電池9を解列する必要があるためである。他方、逆潮をおこなわず、余剰電力を蓄電池充電に充当する時刻については、売電側の電気料金をゼロとし、さらに外部電力系統2からの受電量に関する制約条件を正(買電)に限定するよう問題を変換する。   Next, the supply and demand plan calculation unit 22a determines the reverse power flow time (step S14). Steps S13 and S14 are necessary only when the electricity charge at the time of power sale is higher than the electricity charge at the time of power purchase, and the electricity charge at the time of power purchase is more than the electricity charge at the time of power sale. When the power is high, the electricity rate function becomes convex, so that it is possible to optimize including the judgment of power selling / buying. The supply and demand plan calculation unit 22a determines the reverse power flow time during the planning period based on the power generation / demand prediction and the power surplus policy (whether surplus power is used for selling or charging the storage battery) determined in advance by the user. To decide. The control at the time determined to perform the reverse power flow can be excluded from the optimization target, and the power generation amount of the motor 7 and the charge / discharge power of the electric vehicle 8 and the storage battery 9 at that time are automatically determined to be zero. This is because it is necessary to disconnect the prime mover 7, the electric vehicle 8, and the storage battery 9 as shown in FIG. On the other hand, with regard to the time when surplus power is allocated to storage battery charging without reverse tide, the electricity charge on the power selling side is set to zero, and the constraint on the amount of power received from the external power system 2 is limited to positive (power purchase) To convert the problem to

次に、ステップS15では、需給計画計算部22aは、目的関数と凸制約条件のみを考慮した凸最適化問題(緩和問題)を解く。ここで得られる解は、緩和問題の大域的最適解であり、図6(a)に示されるように、目的関数が狭義凸性を満たせば大域的最適解Saは唯一に存在する。   Next, in step S15, the supply and demand plan calculation unit 22a solves the convex optimization problem (relaxation problem) considering only the objective function and the convex constraint condition. The solution obtained here is a global optimum solution of the relaxation problem. As shown in FIG. 6A, if the objective function satisfies the narrow convexity, the global optimum solution Sa exists only.

次に、制約条件判断部22bは、ステップS15で需給計画計算部22aが求めた緩和問題の解が凸制約条件を満たすか否かを判断する(ステップS16)。制約条件判断部22bにおける判断基準としては、たとえば独立変数の制約逸脱量の二乗の総和などが考えられる。ステップS16において緩和問題の解が凸制約条件を満たすと判断された場合、制約条件判断部22bは、その解がすべての非凸制約条件を満たすか否かを判断する(ステップS17)。ステップS16において緩和問題の解がすべての凸制約条件を満たすと判断された場合、制約条件判断部22bは、その解がすべての非凸制約条件を満たすか否かを判断する(ステップS17)。一方、ステップS16において、制約条件判断部22bが、緩和問題の解が一部またはすべての凸制約条件を満たさないと判断した場合、表示制御部22dは、表示部24に警告メッセージを表示する(ステップS18)。この場合、表示部24に表示される警告メッセージとしては、「実行可能な解を発見できませんでした」等が挙げられる。そして、需給計画計算部22aは、得られた解を実行不可能な解として出力し(ステップS22)、図4の処理は終了する。   Next, the constraint condition determination unit 22b determines whether or not the solution of the relaxation problem obtained by the supply and demand plan calculation unit 22a in step S15 satisfies the convex constraint condition (step S16). As a determination criterion in the constraint condition determination unit 22b, for example, a sum of squares of constraint deviation amounts of independent variables can be considered. When it is determined in step S16 that the solution of the relaxation problem satisfies the convex constraint condition, the constraint condition determination unit 22b determines whether the solution satisfies all the non-convex constraint conditions (step S17). If it is determined in step S16 that the solution of the relaxation problem satisfies all the convex constraint conditions, the constraint condition determination unit 22b determines whether the solution satisfies all the non-convex constraint conditions (step S17). On the other hand, when the constraint condition determination unit 22b determines in step S16 that the solution of the relaxation problem does not satisfy some or all of the convex constraint conditions, the display control unit 22d displays a warning message on the display unit 24 ( Step S18). In this case, the warning message displayed on the display unit 24 may include “Could not find an executable solution”. And the demand-and-supply plan calculation part 22a outputs the obtained solution as an unexecutable solution (step S22), and the process of FIG. 4 is complete | finished.

ステップS17において、制約条件判断部22bが、緩和問題の解がすべての非凸制約条件も同時に満たすと判断した場合、需給計画計算部22aは、ここで得られた解を需給計画最適化問題の大域的最適解とみなして出力し、図4の処理を終了する(ステップS19)。大域的最適解とは、すべての局所的最適解のうち、もっとも小さな目的関数値を与える解のことをいう。一方、ステップS17において、制約条件判断部22bが、緩和問題の解が一部またはすべての非凸制約条件を満たさないと判断した場合、需給計画計算部22aは、緩和問題の解を初期解(初期値)として、決定論的局所探索手法を用いて、非凸制約条件を考慮した元問題を解く(ステップS20)。目的関数が(狭義)凸関数で定義される場合であっても、制約条件が非凸である場合、局所的最適解は一般に複数存在する。たとえば図6(b)に示されるように、非凸制約条件により分離した2つの実行可能解集合(制約条件を満たす集合)S1とS2が存在する場合では、実行可能解集合S1内部の解が得られるか、あるいは実行可能解集合S2内部の解が得られるかは探索初期解の取り方に依存する。しかし、このステップS20では、唯一に求まる緩和問題の大域的最適解を初期解として設定することから、決定論的局所探索手法を用いれば、ここで解く元問題の解もやはり唯一(図6(b)の場合では局所的最適解Sb)に求まる。またここで設定した初期解は、非凸制約条件の違反を除けばもっとも有望な解であり、局所探索手法によりその違反が解消された解が見つかれば、その解は大域的最適解あるいはその近傍の経済性に優れた解であることが見込まれる。   In step S17, when the constraint condition determination unit 22b determines that the solution of the relaxation problem satisfies all the non-convex constraint conditions at the same time, the supply and demand plan calculation unit 22a uses the obtained solution for the supply and demand plan optimization problem. 4 is regarded as a global optimum solution and output, and the process of FIG. 4 is terminated (step S19). The global optimal solution is a solution that gives the smallest objective function value among all the local optimal solutions. On the other hand, when the constraint condition determination unit 22b determines in step S17 that the solution of the relaxation problem does not satisfy some or all of the non-convex constraint conditions, the supply and demand plan calculation unit 22a sets the solution of the relaxation problem to the initial solution ( As an initial value), a deterministic local search method is used to solve the original problem considering the non-convex constraint (step S20). Even when the objective function is defined as a (narrowly) convex function, there are generally a plurality of local optimal solutions when the constraint is non-convex. For example, as shown in FIG. 6B, when there are two executable solution sets (sets satisfying the constraint conditions) S1 and S2 separated by the non-convex constraint condition, the solutions in the executable solution set S1 are Whether it is obtained or whether the solution in the executable solution set S2 is obtained depends on how to obtain the initial search solution. However, in this step S20, since the global optimum solution of the relaxation problem that is uniquely obtained is set as the initial solution, if the deterministic local search method is used, the solution of the original problem solved here is also unique (FIG. 6 ( In the case of b), the local optimum solution Sb) is obtained. The initial solution set here is the most promising solution except for non-convex constraint violations. If a solution is found that eliminates the violation by the local search method, the solution is the global optimal solution or its neighborhood. The solution is expected to be excellent in economic efficiency.

次に、制約条件判断部22bは、ステップS20で需給計画計算部22aが求めた元問題の解が凸制約条件および非凸制約条件を満たすか否かを判断する(ステップS21)。ステップS21において、制約条件判断部22bが、元問題の解がすべての凸制約条件および非凸制約条件を満たすと判断した場合、需給計画計算部22aは、得られた解を出力して図4の処理を終了する(ステップS19)。一方、ステップS21において、制約条件判断部22bが、元問題の解が凸制約条件および非凸制約条件の少なくとも一方を満たさないと判断した場合、表示制御部22dは、表示部24に警告メッセージを表示し(ステップS18)、需給計画計算部22aは得られた解を実行不可能な解として出力し(ステップS22)、図4の処理は終了する。   Next, the constraint condition determination unit 22b determines whether or not the solution of the original problem obtained by the supply and demand plan calculation unit 22a in step S20 satisfies the convex constraint condition and the non-convex constraint condition (step S21). In step S21, when the constraint condition determination unit 22b determines that the solution of the original problem satisfies all the convex constraint conditions and the non-convex constraint conditions, the demand-and-supply plan calculation unit 22a outputs the obtained solution to generate the FIG. This process is terminated (step S19). On the other hand, in step S21, when the constraint condition determination unit 22b determines that the solution of the original problem does not satisfy at least one of the convex constraint condition and the non-convex constraint condition, the display control unit 22d displays a warning message on the display unit 24. Displayed (step S18), the supply and demand plan calculation unit 22a outputs the obtained solution as an infeasible solution (step S22), and the process of FIG. 4 ends.

図7および図9に、上記の処理方法を適用した需給計画最適化シミュレーション結果(0:00〜24:00の電気料金を最小化)の例を示す。このシミュレーションでは、電力需要が厳しくなる日中午後の電気料金を高く設定し、電力需要の小さい午前中や夜間の電気料金を低く設定している。最適化の結果、図7および図9に共通して、電気料金の安い早朝から午前にかけて蓄電池に充電をおこない午後に放電することで、電気料金の高い時間帯である午後の受電量を最小限に留める計画が得られた。また、このシミュレーションでは、午前中の一部時間帯で再生可能エネルギー発電機5の発電量の合計が負荷6の需要量の合計を上回り、余剰電力が発生するようなケース設定とした。図7は余剰電力をすべて売電するポリシーのもとで得られた最適需給計画であり,図9は売電をせず、余剰電力をすべて充電にあてる(もしくは必要に応じてさらに買電をおこなう)ポリシーのもとでの最適需給計画である。   FIG. 7 and FIG. 9 show an example of a supply and demand plan optimization simulation result (minimizing the electric charge from 0:00 to 24:00) to which the above processing method is applied. In this simulation, the electricity charge in the afternoon during the day when power demand becomes severe is set high, and the electricity charge in the morning and night when the power demand is small is set low. As a result of optimization, in common with FIG. 7 and FIG. 9, the amount of power received in the afternoon, which is a time zone when electricity charges are high, is minimized by charging the storage battery from early morning to morning with low electricity charges and discharging in the afternoon I got a plan to stay on. Further, in this simulation, a case setting was made such that the total amount of power generated by the renewable energy generator 5 exceeded the total amount of demand of the load 6 during a part of the morning, and surplus power was generated. Fig. 7 shows the optimal supply and demand plan obtained under the policy of selling all surplus power. Fig. 9 does not sell power, but all surplus power is used for charging (or if necessary, purchase more power). This is an optimal supply and demand plan under the policy.

図5(b)および図7に示されるように、電力余剰時には余剰電力をすべて売電するポリシーであると、蓄電池9、原動機7等は解列するために(図8参照)、マイクログリッドG内で制御可能な機器が無くなるため、これらの機器の出力がゼロとしたうえで、余剰電力をそのまま売電することとなる。この場合、再生可能エネルギー発電機5から発電された電気を貯蓄することによるエネルギー損失がないため、一般的に経済的に有利な需給計画となる。   As shown in FIGS. 5B and 7, if the policy is to sell all surplus power when surplus power is generated, the storage battery 9, the prime mover 7, etc. are disconnected (see FIG. 8). Since there are no devices that can be controlled in the device, the surplus power is sold as it is after the output of these devices is zero. In this case, since there is no energy loss due to the storage of electricity generated from the renewable energy generator 5, the supply and demand plan is generally economically advantageous.

図5(b)および図9に示されるように、電力余剰時には余剰分とそれに加え、さらに買電して蓄電池装置の充電を進めるポリシーであると、当該時刻において、目的関数として計上される電気料金は凸関数に変形できる。   As shown in FIG. 5B and FIG. 9, when there is a policy of proceeding with charging of the storage battery device by purchasing additional power in addition to the surplus when the power surplus, the electric power counted as an objective function at that time Charges can be transformed into convex functions.

EMS20によれば、需給計画計算処理が定期的に実行され、最新の需要・発電量予測や各機器の現在値の情報をもとに需給計画が逐次更新される。これにより、常に最新の情報に基づいた最適な需給計画を提供し続けることができる。   According to the EMS 20, the supply and demand plan calculation process is periodically executed, and the supply and demand plan is sequentially updated based on the latest demand / power generation amount prediction and the current value information of each device. Thereby, it is possible to always provide an optimal supply and demand plan based on the latest information.

EMS20によれば、目的関数は狭義凸関数であり、制約条件は凸制約条件、非凸制約条件の両方を含んでいる。また、目的関数や制約条件は非線形関数によって定義され得る。よって、混合整数計画問題を解く場合に必要であった、目的関数と制約条件の線形性は、不要になっている。これにより、マイクログリッドGが非線形性を有する機器を備える場合でも、需給計画を確実に計算することができる。   According to the EMS 20, the objective function is a narrowly convex function, and the constraint condition includes both a convex constraint condition and a non-convex constraint condition. The objective function and the constraint condition can be defined by a nonlinear function. Therefore, the linearity of the objective function and the constraint condition, which was necessary when solving the mixed integer programming problem, is no longer necessary. Thereby, even when the microgrid G includes a device having non-linearity, the supply and demand plan can be reliably calculated.

このエネルギーマネジメントシステムでは、まず、需給計画計算部22aによって、狭義凸関数である目的関数に対し、凸制約条件のみを考慮した緩和問題が解かれる(図4のステップS15)。緩和問題は狭義凸最適化問題であるため、ここで得られる解は、緩和問題の大域的最適解であり、唯一に存在する。   In this energy management system, first, the supply and demand plan calculation unit 22a solves the relaxation problem considering only the convex constraint condition for the objective function which is a narrowly convex function (step S15 in FIG. 4). Since the relaxation problem is a narrowly convex optimization problem, the solution obtained here is a global optimal solution of the relaxation problem and exists only.

制約条件判断部22bによって、緩和問題の解が凸制約条件および非凸制約条件を満たすか否かが、判断され(図4のステップS16,17)、その解を最適解とすることの妥当性を判断できる。   The constraint condition determination unit 22b determines whether the solution of the relaxation problem satisfies the convex constraint condition and the non-convex constraint condition (steps S16 and S17 in FIG. 4), and the validity of setting the solution as the optimal solution Can be judged.

緩和問題の解がすべての凸制約条件およびすべての非凸制約条件を満たす場合に、需給計画計算部22aは、緩和問題の解を需給計画最適化問題の大域的最適解として出力する(図4のステップS19)。   When the solution of the relaxation problem satisfies all the convex constraint conditions and all the non-convex constraint conditions, the supply and demand plan calculation unit 22a outputs the solution of the relaxation problem as a global optimal solution of the supply and demand plan optimization problem (FIG. 4). Step S19).

緩和問題の解がすべての凸制約条件を満たし且つ一部あるいはすべての非凸制約条件を満たさない場合、需給計画計算部22aは、緩和問題の解を初期解として、凸制約条件および非凸制約条件を考慮した目的関数の元問題を、決定論的局所探索手法を用いて解く(図4のステップS20)。上述のとおり、緩和問題では、初期値に依存せずに唯一の解が得られる。この唯一の解が元問題の最適化の初期値(すなわち初期解)となるため、元問題を、決定論的局所探索手法を用いて解いた結果、局所的最適解が一意に求まる。   When the solution of the relaxation problem satisfies all the convex constraints and does not satisfy some or all of the non-convex constraints, the supply and demand plan calculation unit 22a sets the solution of the relaxation problem as an initial solution and the convex constraints and the non-convex constraints. The original problem of the objective function considering the conditions is solved using a deterministic local search method (step S20 in FIG. 4). As described above, in the relaxation problem, the only solution can be obtained without depending on the initial value. Since this only solution is an initial value (that is, initial solution) of the optimization of the original problem, the local optimal solution is uniquely obtained as a result of solving the original problem using the deterministic local search method.

元問題の解がすべての凸制約条件およびすべての非凸制約条件を満たす場合に、需給計画計算部22aは、元問題の解を需給計画最適化問題の局所的最適解として出力する(図4のステップS19)。この場合、制約条件判断部22bによって、元問題の解が凸制約条件および非凸制約条件を満たすか否かが判断され(図4のステップS21)、元問題の解が制約条件から逸脱しているか否かが判断されることにより、その解を最適解とすることの妥当性を判断できる。上述のとおり、元問題を解いて得られる局所的最適解は一意であるため、非凸制約条件を含み、複数の局所的最適解を有する需給計画最適化問題においても、計算の度に需給計画が変化することがないため、得られた需給計画を現実の機器運転に反映しやすい。   When the original problem solution satisfies all the convex constraint conditions and all the non-convex constraint conditions, the supply and demand plan calculation unit 22a outputs the original problem solution as the local optimal solution of the supply and demand plan optimization problem (FIG. 4). Step S19). In this case, the constraint condition determination unit 22b determines whether the solution of the original problem satisfies the convex constraint condition and the non-convex constraint condition (step S21 in FIG. 4), and the original problem solution deviates from the constraint condition. By determining whether or not there is, it is possible to determine the validity of setting the solution as the optimum solution. As described above, the local optimal solution obtained by solving the original problem is unique. Therefore, even in the supply and demand plan optimization problem including non-convex constraints and having multiple local optimal solutions, the supply and demand plan is calculated each time. Therefore, it is easy to reflect the obtained supply and demand plan on actual equipment operation.

需給計画採否判断部22cでは、需給計画計算部22aにより算出され、制約条件判断部22bにより実行可能と判断された解のほか、需給計画計算部22aで計算された需給計画が実行可能でない場合であっても、その原因が将来の制約を満たせないことによるものである場合、現時刻に関する制約をすべて満たすことを条件として、その解を暫定的に需給計画として採用し、需給計画記憶部23cに保存する。このようにすることで、将来的に天候の変動等により再度実行可能な需給計画が得られる場合に備えて需給計画計算を継続することができる。   In the supply / demand plan adoption determination unit 22c, in addition to the solution calculated by the supply / demand plan calculation unit 22a and determined to be executable by the constraint condition determination unit 22b, the supply / demand plan calculated by the supply / demand plan calculation unit 22a is not executable. If the cause is due to failure to meet future constraints, the solution is provisionally adopted as a supply-demand plan on the condition that all the constraints on the current time are satisfied, and is stored in the supply-demand plan storage unit 23c. save. By doing so, it is possible to continue the supply and demand plan calculation in preparation for a case where a supply and demand plan that can be executed again due to weather fluctuations and the like is obtained in the future.

目的関数が受電電力コストに関する関数であり、買電時の電気料金の単価よりも売電時の電気料金の単価の方が高く設定されている場合、電気料金関数は非凸関数となる。そのため、需給計画最適化問題は上述した狭義凸最適化問題とならず、凸制約条件のみを考慮した緩和問題の最適化において、複数の局所的最適解をもつ可能性がある。そこで、電力余剰時のポリシーとして、余剰電力を売電するか、あるいは余剰分とそれに加え、さらに買電して蓄電池装置の充電を進めるかを定めておくことにより、電気料金関数を凸関数として定義でき、緩和問題の最適化において一意な解を求めることができるようになる。   When the objective function is a function related to the received power cost and the unit price of the electricity charge at the time of power sale is set higher than the unit price of the electricity charge at the time of power purchase, the electricity charge function is a non-convex function. Therefore, the supply and demand plan optimization problem is not the narrow-convex convex optimization problem described above, and may have a plurality of local optimal solutions in the optimization of the relaxation problem considering only the convex constraint conditions. Therefore, as a policy for surplus power, by setting whether to sell surplus power or whether to purchase surplus power and purchase more power to charge the storage battery device, the electricity rate function is made a convex function. It is possible to define a unique solution in the optimization of the relaxation problem.

さらに、EMS20によれば、局所的最適解を多数もつ最適化問題に対して、いわゆるメタヒューリスティクス等の計算コストの高い手法を用いず、準ニュートン法等の高速な局所探索手法のみを用いて経済性に優れた需給計画を得ることができる。市販のPC程度の演算能力でも、実用上十分な速度で解を求めることができることが確認された。メタヒューリスティクスとは、「問題に対する事前知識を利用せずとも、短時間である程度良い解を得る手法群」であり、たとえば、Particle Swarm OptimizationやDifferential Evolutionなどが挙げられる。多数の局所的最適解をもつ問題や、目的関数の解析的情報(微分など)を利用できない問題に対して有効とされる。   Furthermore, according to EMS20, for an optimization problem having a large number of local optimal solutions, only a high-speed local search method such as a quasi-Newton method is used without using a high-cost method such as so-called metaheuristics. You can obtain a supply and demand plan with excellent economic efficiency. It was confirmed that a solution can be obtained at a practically sufficient speed even with a computing ability comparable to that of a commercially available PC. Metaheuristics is a “group of techniques for obtaining a good solution to a certain degree in a short time without using prior knowledge of a problem”, and includes, for example, Particle Swarm Optimization, Differential Evolution, and the like. This is effective for problems that have a large number of local optimal solutions and problems that cannot use analytical information (such as differentiation) of the objective function.

引き続いて、上述した一連の処理をEMS20に実行させるための電力需給計画最適化プログラムを説明する。図10に示されるように、電力需給計画最適化プログラム120は、コンピュータに挿入されてアクセスされる。あるいは、電力需給計画最適化プログラム120は、コンピュータが備える記憶媒体100に形成されたプログラム格納領域110に格納される。   Subsequently, a power supply and demand plan optimization program for causing the EMS 20 to execute the series of processes described above will be described. As shown in FIG. 10, the power supply and demand plan optimization program 120 is inserted into a computer and accessed. Alternatively, the power supply and demand plan optimization program 120 is stored in the program storage area 110 formed in the storage medium 100 provided in the computer.

電力需給計画最適化プログラム120は、需給計画計算モジュール121と、制約条件判断モジュール122と、需給計画採否判断モジュール123と、表示制御モジュール124とを含んで構成される。需給計画計算モジュール121と、制約条件判断モジュール122と、需給計画採否判断モジュール123と、表示制御モジュール124とを実行させることにより実現される機能は、上述したEMS20の需給計画計算部22aと、制約条件判断部22bと、需給計画採否判断部22cと、表示制御部22dとの機能とそれぞれ同様である。
凸制約条件および非凸制約条件の両方を満たす場合に、解として出力する点を規定。(図4のステップS19の処理に相当)
The power supply / demand plan optimization program 120 includes a supply / demand plan calculation module 121, a constraint condition determination module 122, a supply / demand plan adoption determination module 123, and a display control module 124. The functions realized by executing the supply and demand plan calculation module 121, the constraint condition determination module 122, the supply and demand plan acceptance / rejection determination module 123, and the display control module 124 are the same as the supply and demand plan calculation unit 22a of the EMS 20 described above, Functions of the condition determination unit 22b, the supply and demand plan acceptance / rejection determination unit 22c, and the display control unit 22d are the same.
Specifies a point to be output as a solution when both convex and non-convex constraints are satisfied. (Corresponding to step S19 in FIG. 4)

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。たとえば、目的関数はグリッド運用コストに限られず、受電電力の平滑性等であってもよい。また、複数の目的関数の加重和としてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, the objective function is not limited to the grid operation cost, and may be smoothness of received power. Alternatively, a weighted sum of a plurality of objective functions may be used.

最適化に使用するアルゴリズムは、大域的収束性の保証のある決定論的アルゴリズムであれば、種別を問わない。準ニュートン法の他では、最急降下法、共役勾配法、逐次二次計画法、主双対内点法等を適宜用いることができる。ここでいう大域的収束性とは、任意の初期値からいずれかの局所的最適解に収束することが保証されている性質を指す。   The algorithm used for the optimization is not limited as long as it is a deterministic algorithm with a guarantee of global convergence. In addition to the quasi-Newton method, a steepest descent method, a conjugate gradient method, a sequential quadratic programming method, a main dual interior point method, or the like can be used as appropriate. The global convergence herein refers to a property that is guaranteed to converge from any initial value to any local optimal solution.

上記実施形態では、EMS20がマイクログリッドGとは別に設けられる場合について説明したが、マイクログリッドGのグリッド制御装置10が、EMS20と同様の機能を備えていてもよい。マイクログリッドGは、たとえば燃料電池システムを備えていてもよい。   In the above embodiment, the case where the EMS 20 is provided separately from the microgrid G has been described, but the grid control device 10 of the microgrid G may have the same function as the EMS20. The microgrid G may include a fuel cell system, for example.

1 電力供給システム
2 外部電力系統
3 太陽光発電機
4 風力発電機
5 再生可能エネルギー発電機
6 負荷
7 原動機
8 電気自動車
9 蓄電池
20 エネルギーマネジメントシステム
20a 統括制御部
22 計算部
22a 需給計画計算部
22b 制約条件判断部
22c 需給計画採否判断部
23a 問題記憶部
23d ポリシー記憶部
G マイクログリッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power supply system 2 External power system 3 Solar power generator 4 Wind power generator 5 Renewable energy generator 6 Load 7 Engine 8 Electric vehicle 9 Storage battery 20 Energy management system 20a General control part 22 Calculation part 22a Supply-demand plan calculation part 22b Restriction Condition determination unit 22c Supply / demand plan acceptance / rejection determination unit 23a Problem storage unit 23d Policy storage unit G Microgrid

Claims (8)

再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と蓄電装置と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化するエネルギーマネジメントシステムであって、
最適化の指標であると共に狭義凸関数である目的関数の最適化問題を解くことにより前記需給計画を計算する需給計画計算部を備え、
前記需給計画計算部は、凸制約条件と非凸制約条件とを含む制約条件のうち、前記凸制約条件のみを考慮した緩和問題を解くことにより前記需給計画を計算する、エネルギーマネジメントシステム。
An energy management system that optimizes an energy supply and demand plan in a microgrid that includes a generator that generates power using renewable energy, a power storage device, and a load, and that is connected to an external power system,
A supply and demand plan calculation unit that calculates the supply and demand plan by solving an optimization problem of an objective function that is an index of optimization and a narrowly convex function;
The energy supply and demand plan calculation unit calculates the demand and supply plan by solving a relaxation problem considering only the convex constraint condition among the constraint conditions including a convex constraint condition and a non-convex constraint condition.
前記需給計画計算部によって求められた前記緩和問題の解が前記凸制約条件および前記非凸制約条件を満たすか否かを判断する制約条件判断部を更に備える、請求項1に記載のエネルギーマネジメントシステム。   The energy management system according to claim 1, further comprising a constraint condition determination unit that determines whether a solution of the relaxation problem obtained by the supply and demand plan calculation unit satisfies the convex constraint condition and the non-convex constraint condition. . 前記需給計画計算部によって求められた前記緩和問題の解がすべての前記凸制約条件およびすべての前記非凸制約条件を満たす場合に、需給計画計算部は、前記緩和問題の解を前記最適化問題の大域的最適解として出力する、請求項2に記載のエネルギーマネジメントシステム。   When the solution of the relaxation problem obtained by the supply-demand plan calculation unit satisfies all the convex constraint conditions and all the non-convex constraint conditions, the supply-demand plan calculation unit determines that the solution of the relaxation problem is the optimization problem. The energy management system according to claim 2, which is output as a global optimal solution. 前記需給計画計算部によって求められた前記緩和問題の解がすべての前記凸制約条件を満たし且つ一部またはすべての前記非凸制約条件を満たさない場合、需給計画計算部は、前記緩和問題の解を初期解として、前記凸制約条件および前記非凸制約条件を考慮した前記目的関数の元問題を、決定論的局所探索手法を用いて解く、請求項2または3に記載のエネルギーマネジメントシステム。   When the solution of the relaxation problem obtained by the supply-demand plan calculation unit satisfies all the convex constraint conditions and does not satisfy some or all of the non-convex constraint conditions, the supply-demand plan calculation unit determines that the solution of the relaxation problem The energy management system according to claim 2 or 3, wherein the original problem of the objective function considering the convex constraint condition and the non-convex constraint condition is solved by using a deterministic local search method. 前記需給計画計算部によって求められた前記元問題の解がすべての前記凸制約条件およびすべての前記非凸制約条件の両方を満たす場合に、需給計画計算部は、前記元問題の解を前記最適化問題の局所的最適解として出力する、請求項4に記載のエネルギーマネジメントシステム。   When the solution of the original problem obtained by the supply and demand plan calculation unit satisfies both all the convex constraint conditions and all the non-convex constraint conditions, the supply and demand plan calculation unit determines that the solution of the original problem is the optimal The energy management system according to claim 4, wherein the energy management system outputs a local optimal solution of the optimization problem. 前記需給計画計算部によって算出された解を需給計画として保存するか棄却するかを判断する需給計画採否判断部を更に備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載のエネルギーマネジメントシステム。   The energy management system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a supply / demand plan adoption determination unit that determines whether to save or reject the solution calculated by the supply / demand plan calculation unit as a supply / demand plan. 前記目的関数は受電電力コストに関する関数であり、
前記マイクログリッドにおいて電力が余剰である場合に、余剰電力を前記外部電力系統に供給して売電するか、または、前記蓄電装置に供給するかを、ポリシーとしてユーザが予め定めることができる、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエネルギーマネジメントシステム。
The objective function is a function related to received power cost,
When power is surplus in the microgrid, the user can predetermine as a policy whether to supply surplus power to the external power system for sale or to supply to the power storage device. Item 7. The energy management system according to any one of Items 1 to 6.
再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と蓄電装置と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化する電力需給計画最適化方法であって、
エネルギーマネジメントシステムが、最適化の指標であると共に狭義凸関数である目的関数の最適化問題を解くことにより前記需給計画を計算する際に、凸制約条件と非凸制約条件とを含む制約条件のうち、前記凸制約条件のみを考慮した緩和問題を解くことにより前記需給計画を計算するステップを含む、電力需給計画最適化方法。
A power supply and demand plan optimization method for optimizing an energy supply and demand plan in a microgrid that includes a generator that generates power using renewable energy, a power storage device, and a load, and that is connected to an external power system,
When the energy management system calculates the supply and demand plan by solving the optimization problem of the objective function that is an optimization index and a narrowly convex function, the constraint condition including the convex constraint condition and the non-convex constraint condition A power supply and demand plan optimization method including a step of calculating the supply and demand plan by solving a relaxation problem considering only the convex constraint condition.
JP2014149794A 2014-07-23 2014-07-23 Energy management system and power supply and demand plan optimization method Active JP6365059B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014149794A JP6365059B2 (en) 2014-07-23 2014-07-23 Energy management system and power supply and demand plan optimization method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014149794A JP6365059B2 (en) 2014-07-23 2014-07-23 Energy management system and power supply and demand plan optimization method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016025792A JP2016025792A (en) 2016-02-08
JP6365059B2 true JP6365059B2 (en) 2018-08-01

Family

ID=55272129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014149794A Active JP6365059B2 (en) 2014-07-23 2014-07-23 Energy management system and power supply and demand plan optimization method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6365059B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017175883A (en) * 2016-03-25 2017-09-28 東芝ライテック株式会社 Power storage system
CN106940828A (en) * 2017-04-25 2017-07-11 西安交通大学 A kind of electric motor car scale dispatching method and scheduling system based under many micro-grid systems
JP7059583B2 (en) * 2017-11-20 2022-04-26 株式会社Ihi Energy management system, power supply and demand plan optimization method, and power supply and demand plan optimization program
CN109256772B (en) * 2018-10-16 2020-09-01 清华大学 Convex optimization solving method for optimal cut-off of power transmission network of power system
CN109816171B (en) * 2019-01-28 2023-01-06 三峡大学 Double-layer distributed optimal scheduling method for electric vehicle regional micro-grid cluster
JP7404751B2 (en) 2019-10-08 2023-12-26 株式会社Gsユアサ Energy management device, energy management method
CN111917112A (en) * 2020-08-11 2020-11-10 国网河北省电力有限公司沧州供电分公司 Offshore wind power grid-connected mode evaluation method based on multi-algorithm fusion
CN112183854B (en) * 2020-09-27 2024-02-20 湖南大学 Gas-electricity comprehensive pipe network collaborative planning method and device, electronic equipment and storage medium
CN113689043B (en) * 2021-08-25 2024-03-08 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 Electrothermal joint scheduling method considering start and stop of unit

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005287252A (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Tm T & D Kk Method, device, and program for preparing optimum procurement plan for system operator
US7991512B2 (en) * 2007-08-28 2011-08-02 General Electric Company Hybrid robust predictive optimization method of power system dispatch
JP5242355B2 (en) * 2008-12-05 2013-07-24 株式会社東芝 Electric heat cogeneration energy system
JP5696987B2 (en) * 2010-01-13 2015-04-08 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 Turbulence avoidance operation support device
US20140200868A1 (en) * 2013-01-16 2014-07-17 Siemens Corporation Semidefinite programming relaxation of a class of energy management models

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016025792A (en) 2016-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6365059B2 (en) Energy management system and power supply and demand plan optimization method
Wu et al. Stochastic control of smart home energy management with plug-in electric vehicle battery energy storage and photovoltaic array
Komarnicki et al. Electric energy storage system
Qin et al. Optimal planning and operation of energy storage systems in radial networks for wind power integration with reserve support
Bernal-Agustín et al. Design of isolated hybrid systems minimizing costs and pollutant emissions
Yang et al. Computational scheduling methods for integrating plug-in electric vehicles with power systems: A review
Sousa et al. Intelligent energy resource management considering vehicle-to-grid: A simulated annealing approach
Ahmadi et al. Information-gap decision theory for robust security-constrained unit commitment of joint renewable energy and gridable vehicles
JP5996460B2 (en) Energy management apparatus, energy management system, energy management method and program
Scioletti et al. Optimal design and dispatch of a system of diesel generators, photovoltaics and batteries for remote locations
Sepulveda Rangel et al. Methodology for ESS‐type selection and optimal energy management in distribution system with DG considering reverse flow limitations and cost penalties
Colson et al. Improving sustainability of hybrid energy systems part II: Managing multiple objectives with a multiagent system
WO2013141039A1 (en) Energy management device, method for managing energy, and program
JP2016040997A (en) Energy management system, power supply and demand plan optimization method, and power supply and demand plan optimization program
Kichou et al. A simple and effective methodology for sizing electrical energy storage (EES) systems based on energy balance
JP7460422B2 (en) Energy trading system and management device
Li et al. A genetic algorithm-based hybrid optimization approach for microgrid energy management
Yazdaninejad et al. Risk‐minimizing stochastic self‐scheduling model for microgrid in day‐ahead electricity market
Hafiz et al. Charge scheduling of a plug-in electric vehicle considering load demand uncertainty based on multi-stage stochastic optimization
JP6451128B2 (en) Energy management system and power supply and demand plan optimization method
Ghahramani et al. Robust short-term scheduling of smart distribution systems considering renewable sources and demand response programs
Tu et al. Optimal sizing and operating strategy of a stand‐alone generation–load–storage system: An island case study
Nguyen et al. Optimal scheduling and operation of battery/wind generation system in response to real‐time market prices
Hijjo et al. Multi-objective optimization for scheduling isolated microgrids
JP2016042748A (en) Energy management system and power demand plan optimization method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180327

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180403

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180516

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180605

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180618

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6365059

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151