JP6407110B2 - 負荷推定装置及び負荷推定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、需要家の電力負荷を推定する負荷推定装置及び負荷推定方法に関する。
近年、スマートメータの普及拡大により、需要家の総消費電力量(総負荷)を30分ごとに計測及び収集するシステムが普及しつつある。しかし、エネルギーコントロールや省エネルギー化のためには、総消費電力量だけでなく、電力を消費する機器ごとの電力量、及び、電力利用の用途ごとの電力量を把握し、当該電力量に応じて、機器の利用方法を変更する必要がある。また、需要家の機器ごとの消費電力量(負荷)が把握できると、需要家の機器ごとの負荷を合計することにより、配電区間の機器ごとの負荷を推定することが可能となる。配電区間の機器ごとの負荷を把握することで、将来の機器普及率の変化や機器性能の向上に伴う負荷変化の予測を行うことが可能となる。さらに、配電区間の機器ごとの負荷を把握すると、電気料金変更に伴う需要家の機器利用時間の変化(シフト)を考慮した負荷予測も可能となる。このように、各種変化(機器普及率変化、機器性能向上の変化、及び、電気料金変更に伴う機器利用時間の変化)を予測することが可能な、需要家の機器ごとの負荷の把握は、需要家だけでなく、電力供給元にとっても有益である。
需要家の機器ごとの負荷を得る方法として、例えば、特許文献1に記載のように、需要家の保有する機器や電力供給回路ごとに計測器を設置し、HEMS(Home Energy Management System)を利用して上記負荷を収集するという方法が開示されている。
特許文献2には、機器ごとの負荷モデルと、需要家の保有する機器の詳細な情報と、需要家の負荷実績とに基づき、総需要電力における機器ごとの負荷の内訳を推定及び予測する方法が開示されている。
特開2014−112439号公報 特開2004−272340号公報
しかしながら、従来の負荷推定装置では、全需要家について、機器ごとに新たな計測器を設置するか、全需要家の保有する機器の詳細情報を収集しなければ、需要家の機器ごとの負荷を把握することができないといった問題点があった。
具体的には、特許文献1では、あらゆる需要家に対して、機器ごと、または、需要家の電力供給経路の分岐先ごとに新たな計測器を設置し、計測器で計測される負荷データを収集する収集装置を設置する必要がある。特許文献2では、需要家の保有する機器の種類や台数、運転パラメータ等の詳細情報を得る必要がある。しかしながら、負荷データや詳細情報などを、あらゆる需要家について電力供給元が得ることは現実的に困難であるという問題点があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、所望の需要家の機器別電力を推定可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係る負荷推定装置は、予め定められた複数の第1需要家のそれぞれについて随時計測された複数の機器別電力に基づいて、それぞれが第1総需要電力の時間変化と、当該第1総需要電力における各前記機器別電力の割合とを含み、それぞれの前記第1総需要電力の時間変化が互いに異なる複数の負荷特性パターンを生成する負荷特性パターン生成部と、所望の第2需要家の第2総需要電力の時間変化が入力される需要家総電力入力部と、前記需要家総電力入力部に入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記負荷特性パターン生成部で生成された前記複数の負荷特性パターンとに基づいて、前記第2総需要電力の時間変化に類似する一の前記負荷特性パターンを抽出する負荷特性パターン比較部と、前記需要家総電力入力部に入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記負荷特性パターン比較部で抽出された前記一の負荷特性パターンとに基づいて、時間に応じて変化する前記第2総需要電力を、当該一の負荷特性パターンに含まれる前記各機器別電力の前記割合で案分する内訳計算部とを備える。
本発明に係る負荷推定方法は、(a)予め定められた複数の第1需要家のそれぞれについて随時計測された複数の機器別電力に基づいて、それぞれが第1総需要電力の時間変化と、当該第1総需要電力における各前記機器別電力の割合とを含み、それぞれの前記第1総需要電力の時間変化が互いに異なる複数の負荷特性パターンを生成する工程と、(b)所望の第2需要家の第2総需要電力の時間変化が入力される工程と、(c)前記工程(b)で入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記工程(a)で生成された前記複数の負荷特性パターンとに基づいて、前記第2総需要電力の時間変化に類似する一の前記負荷特性パターンを抽出する工程と、(d)前記工程(b)で入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記工程(c)で抽出された前記一の負荷特性パターンとに基づいて、時間に応じて変化する前記第2総需要電力を、当該一の負荷特性パターンに含まれる前記各機器別電力の前記割合で案分する工程とを備える。
本発明によれば、需要家総電力入力部に入力された第2総需要電力の時間変化と、負荷特性パターン比較部で抽出された一の負荷特性パターンとに基づいて、時間に応じて変化する第2総需要電力を、当該一の負荷特性パターンに含まれる各機器別電力の割合で案分する。これにより、所望の第2需要家についての機器別電力を計測しなくても推定することができる。
実施の形態1に係る負荷推定装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態1に係る機器別電力記憶部に記憶される機器別電力の一例を示す図である。 実施の形態1に係る負荷特性パターン生成部の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態1に係る負荷特性パターン生成部の動作の一例を示す図である。 実施の形態1に係る負荷特性パターン生成部の動作の一例を示す図である。 実施の形態1に係る負荷特性パターン記憶部に記憶される負荷特性パターンの一例を示す図である。 実施の形態1に係る負荷特性パターン記憶部に記憶される負荷特性パターンの一例を示す図である。 実施の形態1に係る負荷特性パターン記憶部に記憶される負荷特性パターンの一例を示す図である。 実施の形態1に係る負荷特性パターン記憶部に記憶される負荷特性パターンの一例を示す図である。 実施の形態1に係る負荷特性パターン記憶部に記憶される負荷特性パターンの一例を示す図である。 変形例2に係る負荷特性パターン生成部の動作の一例を示すフローチャートである。 変形例2に係る負荷特性パターン生成部の動作結果の一例を示すフローチャートである。 変形例2に係る負荷特性パターン記憶部に記憶される負荷特性パターンの一例を示す図である。 実施の形態2に係る負荷推定装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態2に係る負荷特性パターン生成部の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態3に係る負荷推定装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態3に係る補正部により補正されるデータの一例を示す図である。 実施の形態3に係る補正部により補正されるデータの一例を示す図である。 実施の形態3に係る補正部の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態4に係る負荷推定装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態4に係る負荷特性パターン生成部の動作の一例を示すフローチャートである。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る負荷推定装置の構成を示すブロック図である。図1の負荷推定装置は、機器別電力記憶部1と、負荷特性パターン生成部2と、負荷特性パターン記憶部3と、需要家総電力入力部4と、負荷特性パターン比較部5と、内訳計算部6とを備えている。
機器別電力記憶部1は、予め定められた複数の第1需要家のそれぞれについて随時計測された複数の機器別電力を記憶する。この機器別電力記憶部1に記憶された複数の機器別電力は、負荷特性パターン生成部2で用いられる。
負荷特性パターン生成部2は、機器別電力記憶部1に記憶された複数の機器別電力に基づいて、複数の負荷特性パターンを生成する。なお、複数の負荷特性パターンのそれぞれは、第1総需要電力の時間変化と、当該第1総需要電力における各機器別電力の割合とを含んでおり、複数の負荷特性パターンのそれぞれの第1総需要電力の時間変化は互いに異なっている。
負荷特性パターン記憶部3は、負荷特性パターン生成部2で生成された複数の負荷特性パターンを記憶する。この負荷特性パターン記憶部3に記憶された複数の負荷特性パターンは、負荷特性パターン比較部5に用いられる。
需要家総電力入力部4には、所望の第2需要家の第2総需要電力の時間変化が入力される。
負荷特性パターン比較部5は、需要家総電力入力部4に入力された第2総需要電力の時間変化と、負荷特性パターン生成部2で生成されて負荷特性パターン記憶部3に記憶された複数の負荷特性パターンとに基づいて、第2総需要電力の時間変化に類似する一の負荷特性パターン(以下「類似負荷特性パターン」と記す)を抽出する。
内訳計算部6は、需要家総電力入力部4に入力された第2総需要電力の時間変化と、負荷特性パターン比較部5で抽出された類似負荷特性パターンとに基づいて、時間に応じて変化する第2総需要電力を、当該類似負荷特性パターンに含まれる各機器別電力の割合で案分する。
以上のように構成された本実施の形態1に係る負荷推定装置によれば、予め定められた一部の需要家(機器別電力が計測される複数の第1需要家)から負荷特性パターンを生成することにより、所望の需要家(第2需要家)の機器別電力を計測しなくても、計測などによって既知の第2総需要電力から、第2総需要電力における未知の各機器の割合(各機器別電力)を推定することが可能となっている。以下、このような本実施の形態1に係る負荷推定装置の各構成要素について詳細に説明する。
<機器別電力記憶部1>
機器別電力記憶部1は、複数の第1需要家のそれぞれについて随時計測された複数の機器別電力を記憶する。
図2は、機器別電力記憶部1に記憶される機器別電力の一例を示す図である。機器別電力記憶部1には、機器別電力として、需要家ごとに、キッチン、リビングコンセント、IHクッキングヒータ、洗濯機、食器洗い機、冷蔵庫、エアコン、給湯器等の機器別(機種別)の消費電力量が記憶されている。すなわち、機器別電力は、文字通りの電力だけでなく、電力量も含んでもよい。機器別電力記憶部1は、複数の機器別電力を記憶していることから、実質的にはそれら消費電力を合計して得られる総消費電力量を記憶している。
なお、ここでは図示されていないが、太陽光発電の発電量が機器別電力として記憶されていてもよい。すなわち、機器別電力は、負荷(消費電力量)だけでなく、発電量も含んでもよい。また、機器別電力は、機器一つ一つの電力だけでなく、給湯用、キッチン用、生産設備用等、用途ごとにグループ化された電力も含んでもよい。機器別電力記憶部1に記憶される機器別電力量(機器別の消費電力量または消費電力)は、例えば、分電盤の分岐回路ごとに設置された計測器を用いて計測された値でもよいし、コンセントタップに設置された計測器を用いて計測された値でもよいし、機器そのものが消費電力計測機能を持ち、その機能を用いて計測された値でもよいし、HEMSを用いて計測された値でもよい。なお、図2は1時間単位で計測した機器別電力(消費電力量)を示しているが、1時間単位に限らず、1分単位、10分単位、30分単位等で計測した値であってもよい。
<負荷特性パターン生成部2>
負荷特性パターン生成部2は、機器別電力記憶部1に記憶された複数の機器別電力に基づいて、複数の負荷特性パターンを生成する。
図3は、本実施の形態1に係る負荷特性パターン生成部2の動作の一例を示すフローチャートである。まず、その概略について説明する。
ステップS1にて、負荷特性パターン生成部2は、データ同士の類似度(第1類似度)を計算(算出)する。1回目のステップS1で類似度の計算対象となるデータは、複数の第1需要家の複数の機器別電力のデータであり、2回目以降のステップS1で類似度の計算対象となるデータは、複数の第1需要家の複数の機器別電力のデータ、または、ステップS3で分類(統合)されたデータとなる。
以下、データの類似度が大きい(高い)ほど、データが類似し、データの非類似度が大きい(高い)ほど、データが類似しないものとして説明する。ただし、類似度と逆の関係にある非類似度にマイナスを付加したり、非類似度の逆数を取ったりすれば、非類似度を類似度に容易に換算することが可能である。そこで、以下では、類似度は、文字通りの類似度だけでなく非類似度も含むものとして説明する。
ステップS2にて、負荷特性パターン生成部2は、ステップS1で計算した類似度が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。閾値以下であると判定した場合には図3の動作を終了し、そうでない場合にはステップS3に進む。
ステップS3にて、負荷特性パターン生成部2は、ステップS1で計算した類似度に基づいてデータのパターン分類を行う。その後、ステップS1に戻る。
次に各ステップについて詳細に説明する。図4及び図5は、ステップS1の一例、つまりデータ間の類似度の計算の一例を示す図である。図4に示すように、データ番号1〜6のデータD1〜D6が存在する場合、負荷特性パターン生成部2は、全データのうちの2つのデータの類似度を、総当たりで計算する。
以下、図5を参照しながら、データD1(第1需要家Aの総消費電力量)と、データD2(第1需要家Bの総消費電力量)とに基づいて、負荷特性パターン生成部2が、データD1及びデータD2の類似度を計算する例について説明する。
まず、負荷特性パターン生成部2は、データD1のうち時刻t1の消費電力量y1_t1と、データD2のうち時刻t1の消費電力量y2_t1とに基づいて、時刻t1のデータ間距離|y2_t1−y1_t1|を、データD1及びデータD2の時刻t1の類似度として計算する。厳密には、データ間距離は、データD1及びデータD2が類似しないほど大きくなる非類似度であるが、上述したように、ここでは非類似度は類似度に含まれるものとして説明する。
負荷特性パターン生成部2は、データD1及びデータD2の時刻t1の類似度と同様の計算を行うことにより、次式(1)で示されるデータ間距離の1日の合計を、データD1及びデータD2の類似度として計算する。
Figure 0006407110
なお、ここでは、データ間距離の合計を、類似度として計算したが、これに限ったものではない。例えば、データ間距離の平均、及び、最大データ間距離のいずれかを、類似度して計算してもよい。またここでは、類似度の計算にデータ間距離を用いたが、データ間距離に限ったものではない。例えば、データが示す曲線または直線などのグラフ(時間に関する消費電力量のグラフ)の各時刻における傾きの差異、相関係数、フーリエ変換やウェーブレット変換の係数を求め、当該係数をベクトルとしたときのベクトル間距離等を用いてもよい。
次に、ステップS3の一例、つまりデータのパターン分類の一例について説明する。負荷特性パターン生成部2は、最も類似度が高い2つのデータを機器別電力ごとに統合することをパターン分類として行うことによって、新しいデータを生成する。なお、統合には、例えば、平均値、最小値、最大値、中央値、ウォード法などを用いる。このようなパターン分類(データの統合)によって生成される新しいデータは、実質的に負荷特性パターンに相当する。
次に図4を用いて、このステップS3のパターン分類の一例について説明する。図4に示した例では、データD1及びデータD2の類似度と、データD4及びデータD5の類似度とが最も大きくなっている。このような場合には、負荷特性パターン生成部2は、データD1及びデータD2を統合して一つの負荷特性パターンを生成するとともに、データD4及びデータD5を統合して一つの負荷特性パターンを生成する。ステップS3の後は、ステップS1に戻る。
以上のようなステップS1の類似度の計算と、ステップS3のパターン分類とを制限なく繰り返していくと、最終的には類似度が低い一の負荷特性パターンが生成されることになる。ここで本実施の形態1では、ステップS2(図3)で類似度が閾値以下になった場合には、図3の動作を終了するので、類似度が比較的高い複数の負荷特性パターンが得られることになる。なお、ステップS2の閾値は、例えば負荷推定装置の運用などに合わせて適宜変更されてもよい。
以上のように、負荷特性パターン生成部2は、ステップS1で算出した類似度に基づいて複数の機器別電力を統合(パターン分類)することによって、複数の負荷特性パターンを生成するように構成されている。なおここでは、図3のステップS3のパターン分類の例として、階層的クラスタリングの例を示したが、非階層的クラスタリングの方法を用いてパターン分類を行ってもよい。
<負荷特性パターン記憶部3>
負荷特性パターン記憶部3は、負荷特性パターン生成部2で生成された負荷特性パターンを記憶する。
図6及び図7は、負荷特性パターン記憶部3に記憶される負荷特性パターンの例を示す図である。図6及び図7に示される2つの負荷特性パターンのそれぞれは、第1総需要電力の時間変化と、当該第1総需要電力における各機器別電力の割合とを含んでおり、2つの負荷特性パターンの第1総需要電力の時間変化は互いに異なっている。
図6の例では、負荷特性パターン記憶部3は、1日に朝、昼、夕の3回ピークが存在する昼在宅パターンを、負荷特性パターンとして記憶している。図7の例では、負荷特性パターン記憶部3は、1日に朝と夕との2回のピークが存在する昼不在パターンを、負荷特性パターンとして記憶している。ただし、負荷特性パターンはこれらに限ったものではなく、また、昼在宅パターン及び昼不在パターンも図6及び図7に示すパターンに限ったものではない。
図8〜図10に、負荷特性パターン記憶部3に記憶される負荷特性パターンが、消費電力量である例を示す。ここでは、昼在宅パターン(図8)、昼不在パターン(図9)、及び、オフィスパターン(図10)が図示されている。図8〜図10に示す例では、負荷特性パターン記憶部3に、パターン別、時刻別、及び、機器別の消費電力量が、負荷特性パターンとして記憶されている。
なお、図8〜図10では、パターン別、時刻別、及び、機器別の消費電力量が、平均値の表形式で表されているが、これに限ったものではない。例えば、そのパターンの標準偏差や気温をパラメータとする式で表されてもよい。具体的には、例えば気温T℃、時刻tのエアコンの消費電力量をf(t,T)などの関数(式)で表してもよい。
<需要家総電力入力部4>
需要家総電力入力部4には、機器別電力を推定したい第2需要家の第2総需要電力の時間変化が入力される。第2総需要電力の時間変化は、例えば時刻tと総消費電力量とからなるデータである。時刻tの時間間隔は1時間ごとでも30分ごとでも1分ごとでもよい。また、入力される第2総需要電力の期間(時刻tの開始時刻から終了時刻までの期間)は、1日でも1週間でも1年でもよい。需要家総電力入力部4に第2総需要電力を入力する手段としては、画面上でキーボードやマウスを用いて入力されてもよいし、第2総需要電力が記載されたファイルを読み込んでもよいし、あるいは、第2総需要電力が記憶されたデータベースから取り込んでもよい。
なお、需要家総電力入力部4に入力される第2需要家の第2総需要電力には、例えば、スマートメータ等を用いて計測された消費電力量が適用されてもよい。ただし、この場合には、消費電力量に太陽光発電の発電量が含まれるので、スマートメータとは別に計測した太陽光発電量、もしくは、太陽光発電量の推定量を求め、スマートメータ計測データから太陽光発電量を差し引いた分を総需要電力とする必要がある。
<負荷特性パターン比較部5>
負荷特性パターン比較部5は、需要家総電力入力部4から入力された第2総需要電力の時間変化と、負荷特性パターン記憶部3に記憶された複数の負荷特性パターンとに基づいて、類似負荷特性パターン(第2総需要電力の時間変化に類似する一の負荷特性パターン)を抽出する。
本実施の形態1に係る負荷特性パターン比較部5は、第2総需要電力の時間変化と、複数の負荷特性パターンとに基づいて類似度(第2類似度)を算出し、当該算出した類似度に基づいて類似負荷特性パターンを抽出する。
ここではその一例として、負荷特性パターン比較部5は、負荷特性パターン生成部2と同様に、第2総需要電力の時間変化と、全ての負荷特性パターンとの類似度を総当たりで計算する。ただし、負荷特性パターン比較部5の類似度の算出と、負荷特性パターン生成部2の類似度の算出とは、全く同じであってもよいし、一方にデータ間距離を用いて他方にベクトル間距離を用いるなどのように異なっていてもよい。
なお、第2総需要電力と負荷特性パターンとにおいて、計測時間間隔が異なるときには、計測時間間隔を揃えてから類似度を計算する。例えば、一方が1時間間隔で計測され、他方が1分間隔で計測されている場合には、1時間間隔のデータを平均して案分して1分間隔に揃えてから類似度を計算するか、1分間隔のデータを1時間分合計して1時間間隔に揃えてから類似度を計算する。
類似度の算出後、負荷特性パターン比較部5は、最も類似度の高い一の負荷特性パターンを、類似負荷特性パターンとして抽出する。
<内訳計算部6>
内訳計算部6では、第2需要家の第2総需要電力の時間変化と、類似負荷特性パターンとに基づいて、時間に応じて変化する第2総需要電力を案分して、時間に応じて変化する機器別電力を推定する。例えば、内訳計算部6は、次式(2)を用いて、第2需要家iの時刻t機器nの機器別電力Pin(t)を求める。なお、Ti(t)は、第2需要家iの時刻tの第2総需要電力(総消費電力量)であり、Pjn(t)は、類似負荷特性パターンjの時刻t機器nの機器別電力であり、Tj(t)は、類似負荷特性パターンjの時刻tの第1総需要電力(総消費電力量)である。
Figure 0006407110
第2需要家iの第2総需要電力の時間間隔と、類似負荷特性パターンjの第1総需要電力の時間間隔とが異なるときには、負荷特性パターン比較部5の動作と同様に、時間間隔を揃えてから計算する。なお、第2需要家iの第2総需要電力の単位と、類似負荷特性パターンjの第1総需要電力の単位とが異なる場合でも、上式(2)によれば、不具合なく機器別電力を推定することが可能となる。なお、内訳推定の方法は上記の方法に限ったものではない。
<実施の形態1のまとめ>
以上のような本実施の形態1によれば、総需要電力が類似である需要家同士においては、機器別電力の需要傾向も類似であるという特性に基づき、負荷特性パターン生成部2で、第1需要家の機器別電力から複数の負荷特性パターンを生成し、負荷特性パターン比較部5で、第2需要家の第2総需要電力の時間変化と複数の負荷特性パターンとに基づいて類似負荷特性パターンを抽出し、内訳計算部6で、類似負荷特性パターンを用いて、計測されていない第2需要家の機器別電力を推定する。このように、予め定められた一部の需要家(機器別電力が計測される複数の第1需要家)から負荷特性パターンを生成することにより、所望の需要家(第2需要家)の機器別電力を計測しなくても所望の需要家の総需要電力を計測できれば、当該機器別電力を推定することができる。したがって、機器別電力を計測する機器を設置するのにかかる手間及びコストなどの抑制が期待できる。
なお、以上の説明では、負荷特性パターン生成部2は、機器別電力記憶部1に記憶された複数の機器別電力を用いたが、これに限ったものではない。例えば、複数の機器別電力の情報が、外部から負荷特性パターン生成部2に入力されるように構成されている場合には、負荷特性パターン生成部2は、当該情報を用いてもよい。
また、以上の説明では、負荷特性パターン生成部2で生成され、負荷特性パターン比較部5に用いられる複数の負荷特性パターンを、負荷特性パターン記憶部3に記憶した。しかしこれに限ったものではなく、負荷特性パターン生成部2で生成された負荷特性パターンが、負荷特性パターン比較部5に直接入力されてもよい。ただし、以上の説明のように負荷特性パターン記憶部3を備える構成によれば、過去に生成した様々な負荷特性パターンを負荷特性パターン比較部5で用いることができる。
<変形例1>
実施の形態1では、類似度の計算(図3のステップS1)の例として、第1需要家Aの総消費電力量を示すデータD1と、第1需要家Bの総消費電力量を示すデータD2とのデータ間距離を用いて、データD1及びデータD2の類似度を計算した。しかし総消費電力量を示すデータ同士ではなく、機器別電力を示すデータ同士のデータ間距離を用いてデータD1及びデータD2の類似度を計算してもよい。
例えば、第1需要家A及び第1需要家Bの機器nの機器別電力を示すデータについて、データ間距離がdn(n=洗濯機、IHクッキングヒータ、エアコン、・・・)である場合に、負荷特性パターン生成部2は、例えば、dnの合計、平均、最大値等を、データD1及びデータD2の類似度として計算してもよい。そして、負荷特性パターン生成部2は、機器nのデータ間距離dnを、実施の形態1で説明した総消費電力量を示すデータ間距離と同様に用いて、類似度を計算してもよい。
ただし、機器ごとに消費電力量の大きさが異なるため、単に、機器nの消費電力量のデータ間距離dnを類似度として適用すると、消費電力量の大きい機器(給湯器やエアコン等)の差異が大きく反映され、消費電力の小さい機器の差異はあまり反映されないことになってしまう。そこで、機器nの消費電力量のデータ間距離dnを、当該機器nの平均消費電力avep(n)で割ることで、機器ごとの差異であるデータ間距離dnを正規化し、正規化された機器nの消費電力量のデータ間距離dn/avep(n)を用いて、データD1及びデータD2の類似度を計算してもよい。
<変形例2>
一の需要家であっても、例えば、平日昼間は家族全員が不在であるが、休日昼間は在宅者がいる等、曜日ごとで電力消費パターンが異なることがある。また、一の需要家の1日の消費電力量データを単に取り出して、パターン分類を行うと、その日が特別に電力消費の傾向が大きく異なる日であった場合には、適切にパターン分類を行うことが難しくなる。また、第1需要家ごとに全ての日の平均消費電力を時刻ごとに求めたデータを、その第1需要家の代表データに適用してしまうと、異なる複数の電力消費の傾向が混じってしまい、適切にパターン分類を行うことが難しくなる。
そこで、負荷特性パターン生成部2は、図11に示す動作を行ってもよい。つまり、ステップS11にて、負荷特性パターン生成部2は、各第1需要家内の1日単位(曜日単位)のデータに対して、図3と同様の動作を行うことによってパターン分類を行ってもよい。そして、ステップS12にて、負荷特性パターン生成部2は、複数の第1需要家間の、ステップS11のパターン分類が行われたデータに対して、図3と同様の動作を行うことによってパターン分類を行ってもよい。
図12に、ステップS11の結果の一例、つまり一の第1需要家内の総消費電力量を示すデータを曜日単位でパターン分類を行った結果の一例を示す。この第1需要家の場合、月〜金曜日と、土及び日曜日とで負荷の需要傾向(時間変化)が異なるため、2つのパターンに分類される(2つの負荷特性パターンが生成される)。例えば、月〜金曜日のデータが営業日パターンとして分類され、土及び日曜日のデータが非営業日パターンとして分類される。
ステップS12の複数の第1需要家間のパターン分類では、ステップS11で分類された各需要家内のデータに基づいて、例えば、平日パターンのデータ同士、及び、休日パターンのデータ同士のパターン分類を行ったり、営業日パターンのデータ同士、及び、休業日パターンのデータ同士のパターン分類を行ったりする。なお、このステップS12のパターン分類では、平均消費電力や契約容量を用いて、複数の第1需要家間の差異を正規化してからパターン分類を行ってもよい。
その具体例として、第1需要家Cの定休日が火曜日であり、第1需要家Dの定休日が水曜日である場合を想定する。この場合、まずステップS11(図11)にて、負荷特性パターン生成部2は、第1需要家C内のデータにパターン分類を行うことで、第1需要家Cのデータを、営業日パターン(例えば火曜日以外の日のデータの各時刻の平均)、及び、休業日パターン(例えば火曜日のデータの各時刻の平均)という2つのパターンに分類する。同様に、負荷特性パターン生成部2は、第1需要家D内のデータにパターン分類を行うことで、第1需要家Dのデータを、営業日パターン(例えば水曜日以外の日のデータの各時刻の平均)、及び、休業日パターン(水曜日のデータの各時刻の平均)という2つのパターンに分類する。
その後、ステップS12にて、負荷特性パターン生成部2は、第1需要家C,Dの営業日パターン同士、及び、第1需要家C,Dの休業日パターン同士のパターン分類を行う。このような図11に示す動作を行う構成によれば、例えば第1需要家C,Dの休業日パターンがほぼ同じである場合に、それらを同一パターンに分類することができる。
なお、ステップS11の各第1需要家内のデータに対するパターン分類、及び、ステップS12の複数の第1需要家間のデータに対するパターン分類のいずれにおいても、図3に示した方法を用いてパターン分類を行ってもよく、別の方法を用いてパターン分類を行ってもよい。また、図3に示した方法を用いてパターン分類を行う場合には、総消費電力量のみを用いてパターン分類を行うのではなく、例えば変形例1と同様に、機器別の消費電力量を用いてパターン分類を行ってもよい。
図13は、第1需要家が属するパターンの一例を示す図である。図13に示すように、各第1需要家は、1つの観点に基づいたパターン分類だけでなく、複数のパターンに属していてもよい。また、図13に示すような情報は、負荷特性パターン記憶部3に記憶されてもよい。
なお、以上に説明した変形例1,2は、実施の形態1だけでなく、後述する実施の形態2以降においても適用可能である。
<実施の形態2>
図14は、本発明の実施の形態2に係る負荷推定装置の構成を示すブロック図である。以下、本実施の形態2に係る負荷推定装置のうち、実施の形態1と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態2では、実施の形態1(図1)の負荷特性パターン生成部2及び負荷特性パターン比較部5の一部が変更された負荷特性パターン生成部2a及び負荷特性パターン比較部5aを備えている。
負荷特性パターン生成部2aは、複数の機器別電力に基づいて、予め定められた需要電力のピーク時刻の類似度を上述の類似度(第1類似度)として算出し、当該算出した類似度に基づいて複数の機器別電力を統合することによって、複数の負荷特性パターンを生成する。なお、予め定められた需要電力は、総消費電力であってもよいし、特定の機器別電力であってもよい。また本実施の形態2では、需要電力のピーク時刻の類似度は、需要電力のピーク時刻同士が一致するほど大きく(高く)なるものとする。
負荷特性パターン比較部5aは、需要家総電力入力部4に入力された第2総需要電力の時間変化と、負荷特性パターン記憶部3に記憶された複数の負荷特性パターンとに基づいて、予め定められた需要電力のピーク時刻の類似度を上述の類似度(第2類似度)として算出し、当該算出した類似度に基づいて類似負荷特性パターンを抽出する。なお、予め定められた需要電力(以下、単に「需要電力」と記す)は、総消費電力または総消費電力量であってもよいし、特定の機器別電力または機器別電力量であってもよい。またここでも、需要電力のピーク時刻の類似度は、需要電力のピーク時刻同士が一致するほど大きく(高く)なるものとする。
さて実施の形態1のように、全時刻の総需要電力(機器別電力)のデータ距離に基づく類似度によってパターン分類を行う構成では、機器別電力記憶部1に記憶された機器別負荷のデータ、ひいては負荷特性パターン記憶部3に記憶された負荷特性パターンが非常に大量に存在しないと、負荷特性パターン比較部5で適切な類似負荷特性パターンを抽出することができないことがある。その結果として、推定精度が低下してしまう可能性がある。その一方で、各時刻の総需要電力(機器別電力)のデータ距離が小さくなくても、需要電力のピーク時刻が一致する需要家同士においては、機器別電力の需要傾向(機器利用の傾向)が類似するという特性が存在する。
そこで、本実施の形態2では、全時刻の需要電力の絶対値の類似度を用いるのではなく、ピーク時刻の類似度を用いてパターン分類等を行うように構成されている。
<負荷特性パターン生成部2a>
本実施の形態2に係る負荷特性パターン生成部2aは、機器別電力記憶部1に記憶された複数の機器別電力に基づいて、需要電力のピーク時刻の類似度を算出する。なお本実施の形態2では、上述したように需要電力のピーク時刻の類似度は、需要電力のピーク時刻同士が一致するほど大きく(高く)なるものとする。そして、負荷特性パターン生成部2aは、当該類似度に基づいて複数の機器別電力を統合(分類)することによって、複数の負荷特性パターンを生成する。
図15は、本実施の形態2に係る負荷特性パターン生成部2aの動作の一例を示すフローチャートである。
まず、ステップS21にて、負荷特性パターン生成部2aは、各データの需要電力のピーク時刻の検出を行う。例えば、負荷特性パターン生成部2aは、データが示す需要電力のグラフ(時間に関する需要電力のグラフ)を微分可能に滑らかになるまで平滑化し、そのグラフの微分値(接線の傾き)を計算し、隣り合う2つの時刻において微分値の正及び負の符号が反転する時刻を、ピーク時刻として検出する。ただし、ピーク時刻の検出方法はこの方法に限らず他の方法でもよい。例えば、負荷特性パターン生成部2aは、データが示す需要電力のグラフを多項式関数で近似して、その極値をピーク時刻として求めてもよい。
ステップS22にて、負荷特性パターン生成部2aは、ステップS21で検出したピーク時刻の類似度を計算する。例えば、データD1のピーク時刻が、t_1i(i=1,2,・・・,n1)であり、データD2のピーク時刻が、t_2j(j=1,2,・・・,m1)であり、ピーク時刻t_1i,t_2jが、小さい時刻から並べられている場合、負荷特性パターン生成部2aは、データ間距離|t_1i−t_2j|の合計を計算する。そして、負荷特性パターン生成部2aは、データ間距離の合計を、データD1及びデータD2のピーク時刻の類似度に換算してもよく、データ間距離の合計=0の場合にデータD1及びデータD2のピーク時刻の類似度=1、データ間距離の合計>0の場合に類似度=0としてもよい。データ間距離の合計=0の場合に類似度=1、データ間距離の合計>0の場合に類似度=0とする構成(類似度が二値である構成)では、類似度=1となるデータ、つまりピーク時刻が完全に一致するデータ同士のみが同一パターンに分類されることになる。
なお、ステップS22のピーク時刻の類似度は、上述の類似度に限ったものではない。例えば、データD1のピーク時刻t_1i(i=1,2,・・・,n1)と、データD2のピーク時刻t_2j(j=1,2,・・・,m1)とから、時刻が最も近いもの同士をペアとして、データ間距離|t_1k−t_2k|(kはペアの番号)の合計を算出してから、当該合計を類似度に換算する構成であってもよい。なお、その構成において、ピーク時刻t_1i,t_2jのうち一方は存在するが他方が存在せずにペアができない場合には、他方のピーク時刻を0として計算してもよい。また、以上の説明とは逆に、つまり類似度が0に近いほどデータが類似するとしてもよい。
ステップS23にて、負荷特性パターン生成部2aは、ステップS22で計算した類似度が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。閾値以下であると判定した場合には図15の動作を終了し、そうでない場合にはステップS24に進む。
ステップS24にて、負荷特性パターン生成部2aは、実施の形態1のステップS3(図3)と同様に、階層的クラスタリング等の手法を用いてパターン分類を行う。その後、ステップS21に戻る。
<負荷特性パターン比較部5a>
本実施の形態2に係る負荷特性パターン比較部5aは、需要家総電力入力部4に入力された第2総需要電力の時間変化と、負荷特性パターン記憶部3に記憶された複数の負荷特性パターンとに基づいて、需要電力のピーク時刻の類似度を算出し、当該算出した類似度に基づいて類似負荷特性パターンを抽出する。
ここではその一例として、負荷特性パターン比較部5aは、負荷特性パターン生成部2aと同様に、第2総需要電力の時間変化と、全ての負荷特性パターンとの類似度を総当たりで計算する。なお、負荷特性パターン比較部5aで計算される類似度は、負荷特性パターン生成部2aで計算される類似度と同様に、需要電力のピーク時刻同士が一致するほど大きく(高く)なるものとする。そして、負荷特性パターン比較部5aは、最も類似度の高い一の負荷特性パターンを、類似負荷特性パターンとして抽出する。
<実施の形態2のまとめ>
全時刻の総需要電力(機器別電力)のデータ距離に基づく類似度によってパターン分類を行う実施の形態1のような構成では、機器別電力記憶部1に記憶された機器別負荷のデータ、ひいては負荷特性パターン記憶部3に記憶された負荷特性パターンが非常に大量に存在しないと、負荷特性パターン比較部5で適切な類似負荷特性パターンを抽出することができないことがある。
これに対して、本実施の形態2では、需要電力のピーク時刻が一致する需要家同士においては、機器別電力の需要傾向(機器利用の傾向)が類似するという特性を生かし、負荷特性パターン生成部2aは、需要電力のピーク時刻の類似度を用いて負荷特性パターンを生成し、負荷特性パターン比較部5aは、需要電力のピーク時刻の類似度を用いて類似負荷特性パターンを抽出する。これにより、全時刻の総需要電力(機器別電力)のデータ距離に基づく類似度を用いずに、ピーク時刻の類似度を用いてパターン分類等を行うことができるので、機器別電力の記憶に要する機器別電力記憶部1の記憶容量を低減することができ、パターン不一致による精度低下を抑制することができる。
<実施の形態3>
図16は、本発明の実施の形態3に係る負荷推定装置の構成を示すブロック図である。以下、本実施の形態3に係る負荷推定装置のうち、実施の形態2と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態3では、実施の形態2(図14)の負荷特性パターン生成部2a、負荷特性パターン比較部5a、及び、内訳計算部6の一部が変更された、負荷特性パターン生成部2b、負荷特性パターン比較部5b、及び、内訳計算部6bを備えている。
負荷特性パターン生成部2bは、実施の形態2と同様に、複数の機器別電力に基づいて、需要電力のピーク時刻の類似度を上述の類似度(第1類似度)として算出し、当該算出した類似度に基づいて複数の機器別電力を統合することによって、複数の負荷特性パターンを生成する。ただし、本実施の形態3では、需要電力のピーク時刻の類似度は、1日におけるピーク時刻同士の回数が等しい場合に、当該ピーク時刻同士が類似するほど大きく(高く)なるものとする。
負荷特性パターン比較部5bは、実施の形態2と同様に、需要家総電力入力部4に入力された第2総需要電力の時間変化と、負荷特性パターン記憶部3に記憶された複数の負荷特性パターンとに基づいて、予め定められた需要電力のピーク時刻の類似度を上述の類似度(第2類似度)として算出し、当該算出した類似度に基づいて類似負荷特性パターンを抽出する。またここでも、需要電力のピーク時刻の類似度は、1日におけるピーク時刻同士の回数が等しい場合に、当該ピーク時刻同士が類似するほど大きく(高く)なるものとする。
内訳計算部6bは、実施の形態1で説明した内訳計算部6に、補正部6b1の機能が追加されている。この補正部6b1は、需要家総電力入力部4に入力された第2総需要電力の時間変化に対する、負荷特性パターン比較部5bで抽出された類似負荷特性パターンの、ピーク時刻に関する差を補正する。そして、内訳計算部6bは、補正部6b1で補正された類似負荷特性パターンと、第2総需要電力の時間変化とに基づいて、上述した案分を行う。
さて実施の形態1のように、全時刻の総需要電力(機器別電力)のデータ距離に基づく類似度によってパターン分類を行う構成では、機器別電力記憶部1に記憶された機器別負荷のデータ、ひいては負荷特性パターン記憶部3に記憶された負荷特性パターンが非常に大量に存在しないと、負荷特性パターン比較部5で適切な類似負荷特性パターンを抽出することができないことがある。
そこで、本実施の形態3では、実施の形態2と同様に、ピーク時刻の類似度を用いてパターン分類等を行うように構成されている。また、ピーク時刻が完全に一致しない需要家同士であっても、例えば、ピーク時刻が7時である需要家と、ピーク時刻が8時である需要家とにおいては、機器別電力の需要傾向(機器利用の傾向)が類似するという特性が存在する。
このことに鑑みて、本実施の形態3では上述したように、需要電力のピーク時刻の類似度は、1日におけるピーク時刻同士の回数が等しい場合に、当該ピーク時刻同士が類似するほど大きく(高く)なっている。そして、ピーク時刻に関する差を補正して、上述した案分(内訳計算)を行うように構成されている。
<負荷特性パターン生成部2b>
本実施の形態3に係る負荷特性パターン生成部2bは、実施の形態2に係る負荷特性パターン生成部2aと同様に、機器別電力記憶部1に記憶された複数の機器別電力に基づいて、需要電力のピーク時刻の類似度を算出する。そして、負荷特性パターン生成部2bは、当該類似度に基づいて複数の機器別電力を統合(分類)することによって、複数の負荷特性パターンを生成する。
本実施の形態3に係る負荷特性パターン生成部2bの動作の一例を示すフローチャートは、実施の形態2に係る負荷特性パターン生成部2aの動作の一例を示すフローチャート(図15)と同じである。以下、図15のフローチャートを用いて、本実施の形態3に係る負荷特性パターン生成部2bの動作の一例を説明する。
まず、ステップS21にて、負荷特性パターン生成部2bは、実施の形態2に係る負荷特性パターン生成部2aと同様に、各需要電力のピーク時刻の検出を行う。
ステップS22にて、負荷特性パターン生成部2bは、ステップS21で検出したピーク時刻の回数と、ピーク時刻の差とに基づいて、ピーク時刻の類似度を計算する。例えば、データD1のピーク時刻が、t_1i(i=1,2,・・・,n1)であり、データD2のピーク時刻が、t_2j(j=1,2,・・・,m1)であり、ピーク時刻t_1i,t_2jが、小さい時刻から並べられている場合、負荷特性パターン生成部2bは、n1=m1か否か、つまりピーク時刻同士の回数が等しいか否かを判定する。
n1=m1でない(ピーク時刻同士の回数が異なる)と判定した場合、負荷特性パターン生成部2bは、データD1及びデータD2のピーク時刻の類似度=0とする。
n1=m1である(ピーク時刻同士の回数が等しい)と判定した場合、負荷特性パターン生成部2bは、ピーク時刻同士を比較して、データ間距離|t_1i−t_2i|<閾値という不等式が各ピーク時刻(i=1,2,・・・,n1)について成り立つか否かを判定する。そして、負荷特性パターン生成部2bは、上記不等式が各ピーク時刻(i=1,2,・・・,n1)について成り立つと判定した場合にはデータD1及びデータD2のピーク時刻の類似度=1とし、それ以外の場合には当該類似度=0とする。このように、負荷特性パターン生成部2bは、ピーク時刻の回数と、ピーク時刻のずれとに基づいて、ピーク時刻の類似度の算出、ひいてはパターン分類等を行う。
このようなパターン分類によれば、基本的にはピーク時刻の回数が等しいデータ同士が同一パターンに分類されるが、ピーク時刻の回数が等しくとも、ピーク時刻が大幅に異なるデータ同士は同一パターンに分類されないことになる。なお、以上の例では、上記不等式が各ピーク時刻(i=1,2,・・・,n1)について成り立つ場合にピーク時刻の類似度=0とし、それ以外の場合にピーク時刻の類似度=1として、類似度は二値である場合について説明した。しかしこれに限ったものではなく、例えば、データ間距離|t_1i−t_2i|の合計を、データD1及びデータD2のピーク時刻の類似度に換算してもよい。また、以上の説明とは逆に、類似度が0に近いほどデータが類似するとしてもよい。
ステップS23にて、負荷特性パターン生成部2bは、実施の形態1と同様の判定を行い、ステップS24にて、負荷特性パターン生成部2bは、実施の形態1のステップS3(図3)と同様に、階層的クラスタリング等の手法を用いてパターン分類を行う。
<負荷特性パターン比較部5b>
本実施の形態3に係る負荷特性パターン比較部5bは、需要家総電力入力部4に入力された第2総需要電力の時間変化と、負荷特性パターン記憶部3に記憶された複数の負荷特性パターンとに基づいて、需要電力のピーク時刻の類似度を算出し、当該算出した類似度に基づいて類似負荷特性パターンを抽出する。
ここではその一例として、負荷特性パターン比較部5bは、負荷特性パターン生成部2bと同様に、第2総需要電力の時間変化と、全ての負荷特性パターンとの類似度を総当たりで計算する。また、負荷特性パターン比較部5bで計算される類似度は、負荷特性パターン生成部2bで計算される類似度と同様に、1日におけるピーク時刻同士の回数が等しい場合に、当該ピーク時刻同士が類似するほど大きく(高く)なるものとする。そして、負荷特性パターン比較部5bは、最も類似度の高い一の負荷特性パターンを、類似負荷特性パターンとして抽出する。
<内訳計算部6b及び補正部6b1>
補正部6b1は、内訳計算部6cでの機器別電力の内訳計算時に、第2総需要電力の時間変化に対する、類似負荷特性パターンのピーク時刻に関する差を補正する。内訳計算部6bは、補正部6b1で補正された類似負荷特性パターンを用いて、実施の形態1,2の内訳計算部6と同様に、時間に応じて変化する第2総需要電力の案分(内訳計算)を行う。
次に、本実施の形態3における補正部6b1の動作について説明する。図17及び図18は、本実施の形態3に係る補正部6b1により補正されるデータの一例を示す図である。図17には、ピーク時刻などが並行にずれているデータD11,D12の例が示され、図18にはピーク時刻は同じであるがピークの角度が異なるデータD13,D14,D15の例が示されている。
図19は、本実施の形態3に係る補正部6b1の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、ステップS31にて、補正部6b1は、ピーク時刻の検出と、ピーク開始時刻及びピーク終了時刻の検出とを含むピークの検出を行う。
補正部6b1は、図15のステップS21と同様にしてピーク時刻を検出する。例えば、補正部6b1は、図18のデータD11,D12からピーク時刻t12,t22をそれぞれ検出し、図19のデータD13,D14からピーク時刻t32,t42をそれぞれ検出する。なお、データの離散化が原因で、補正部6b1は、図19のデータD15から、2つの時刻t33,t34をピーク時刻として検出する場合がある。このような場合には、補正部6b1は、それら時刻t33,t34の中間点をピーク時刻として検出すればよい。
ピーク開始時刻及びピーク終了時刻の検出は、例えば、データが示すグラフの傾きを求め、当該傾きの絶対値が閾値を超えた時刻をピーク開始時刻またはピーク終了時刻として検出する。
ステップS32にて、補正部6b1は、ステップS31で検出されたピークを用いて、負荷特性パターン比較部5bで抽出された類似負荷特性パターンを補正する。このステップS32の補正は、2段階の補正(ステップS32aにおけるピーク時刻の補正、ステップS32bにおけるピーク傾きの補正)を含む。
まず、図17を用いて、ステップS32aにおけるピーク時刻の補正の一例を説明する。なお、データD11(ピーク時刻t12、ピーク開始時刻t11及びピーク終了時刻t13)は、負荷特性パターン比較部5bで抽出された類似負荷特性パターンである。一方、データD12(ピーク時刻t22、ピーク開始時刻t21及びピーク終了時刻t23)は、需要家総電力入力部4から入力された第2総需要電力である。
補正部6b1は、データD11のピーク時刻t12を、データD12のピーク時刻t22に合わせる補正を行う。具体的には図17に示すように、データD11のピーク開始時刻t11が、データD12のピーク開始時刻t21よりも早い場合には、補正部6b1は、次式(3)を用いて、類似負荷特性パターンjの時刻t機器nの負荷である機器別電力Pjn(t)と、類似負荷特性パターンjの時刻tの総負荷である第1総需要電力Tj(t)とを補正する。なお、以下において補正に用いる式では、左辺の値が右辺の値に置換されるものとする。
Figure 0006407110
なお図示しないが、データD12のピーク時刻t22が、データD11のピーク時刻t12よりも早い場合には、補正部6b1は、次式(4)を用いて、機器別電力Pjn(t)及び第1総需要電力Tj(t)を補正する。
Figure 0006407110
以上のような補正部6b1の補正により、データD11(類似負荷特性パターン)のピーク時刻は、データD12(第2総需要電力)のピーク時刻に合わせられる。なお、データD11及びデータD12が複数のピーク時刻を持つときには、データD11の複数のピーク時刻のそれぞれに対して、上述と同様のピーク時刻の補正を行う。
次に、図18を用いて、ステップS32bにおけるピーク傾きの補正の一例を説明する。なお、データD13(ピーク時刻t32及びピーク開始時刻t31)は、負荷特性パターン比較部5bで抽出された類似負荷特性パターンである。一方、データD14(ピーク時刻t42及びピーク開始時刻t41)は、需要家総電力入力部4から入力された第2総需要電力である。なお、ステップS31aにより、データD13のピーク時刻t32と、データD14のピーク時刻t42とはすでに一致されているものとする。
補正部6b1は、データD13のピーク開始時刻t31からピーク時刻t32までのグラフの傾きを、データD14のピーク開始時刻t41からピーク時刻t42までのグラフの傾きに合わせる補正を、ピーク傾きの補正として行う。
具体的には、補正部6b1は、ピーク開始時刻からピーク時刻までのピーク傾きの補正として、次式(5)を用いて、類似負荷特性パターンjの時刻t機器nの負荷である機器別電力Pjn(t)と、類似負荷特性パターンjの時刻tの総負荷である第1総需要電力Tj(t)とを補正する。
Figure 0006407110
ただし、ピーク傾きの補正はこれに限ったものではなく、例えば、補正部6b1は、t≦t<42間の機器別電力Pjn(t)及び第1総需要電力Tj(t)と、t31≦t<t32間の、第2需要家iの時刻t機器nの機器別電力Pin(t)及び第2需要家iの時刻tの第2総需要電力Ti(t)とを用いて、t≦t<42間の機器別電力Pjn(t)及び第1総需要電力Tj(t)を補正してもよい。その補正には、例えば、グラフを直線で近似してから線形補間を行うことなどが用いられる。
同様に、補正部6b1は、上述したピーク開始時刻からピーク時刻までのピーク傾きの補正と同様に、ピーク時刻からピーク終了時刻までのピーク傾きの補正も行う。
<実施の形態3のまとめ>
全時刻の総需要電力(機器別電力)のデータ距離に基づく類似度によってパターン分類を行う実施の形態1のような構成では、機器別電力記憶部1に記憶された機器別負荷のデータ、ひいては負荷特性パターン記憶部3に記憶された負荷特性パターンが非常に大量に存在しないと、負荷特性パターン比較部5で適切な類似負荷特性パターンを抽出することができないことがある。
これに対して、本実施の形態3では、需要電力のピーク時刻が一致しなくとも類似する需要家同士においては、機器別電力の需要傾向(機器利用の傾向)が類似するという特性を生かし、負荷特性パターン生成部2bは、需要電力のピーク時刻の類似度を用いて負荷特性パターンを生成し、負荷特性パターン比較部5bは、需要電力のピーク時刻の類似度を用いて類似負荷特性パターンを抽出する。そして、補正部6b1が、需要家総電力入力部4に入力された第2総需要電力の時間変化に対する、負荷特性パターン比較部5bで抽出された類似負荷特性パターンの、ピーク時刻に関する差を補正する。これにより、全時刻の総需要電力(機器別電力)のデータ距離に基づく類似度を用いずに、ピーク時刻の補正を行うことができるので、機器別電力の記憶に要する機器別電力記憶部1の記憶容量を低減することができ、パターン不一致による精度低下を抑制することができる。しかも、ピーク時刻の類似度を用いてパターン分類等を行うので、そのような効果をより高めることができる。
<実施の形態4>
図20は本発明の実施の形態4に係る負荷推定装置の構成を示すブロック図である。以下、本実施の形態4に係る負荷推定装置のうち、実施の形態1と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
本実施の形態4では、実施の形態1(図1)の構成要素の一部が変更された構成要素(機器別電力記憶部1c、負荷特性パターン生成部2c、負荷特性パターン記憶部3c、需要家総電力入力部4c、負荷特性パターン比較部5c、内訳計算部6c)を備えている。
機器別電力記憶部1cは、予め定められた複数の第1需要家の機器別電力だけでなく、当該複数の第1需要家の地域または保有機器情報を記憶する。
負荷特性パターン生成部2cは、機器別電力記憶部1cに記憶された複数の第1需要家の機器別電力と、複数の第1需要家の地域または保有機器情報とに基づいて、地域または保有機器情報に関する複数の負荷特性パターンを生成する。
負荷特性パターン記憶部3cは、負荷特性パターン生成部2cで生成された地域または保有機器情報に関する複数の負荷特性パターンを、地域または保有機器情報とともに記憶する。
需要家総電力入力部4cには、所望の第2需要家の第2総需要電力の時間変化が入力されるだけでなく、当該第2需要家の地域または保有機器情報が入力される。
負荷特性パターン比較部5cは、需要家総電力入力部4cに入力された第2総需要電力の時間変化、及び、地域または保有機器情報と、負荷特性パターン生成部2cで生成されて負荷特性パターン記憶部3cに記憶された複数の負荷特性パターンとに基づいて、類似負荷特性パターンを抽出する。
内訳計算部6cは、実施の形態1で説明した内訳計算部6に、補正部6c1の機能が追加されている。この補正部6c1は、需要家総電力入力部4cに入力された第2総需要電力の時間変化に対する、負荷特性パターン比較部5cで抽出された類似負荷特性パターンの、地域または保有機器情報の差を補正する。そして、内訳計算部6cは、補正部6c1で補正された類似負荷特性パターンと、第2総需要電力の時間変化とに基づいて、上述した案分を行う。以下、本実施の形態4に係る負荷推定装置の各構成要素について詳細に説明する。
<機器別電力記憶部1c>
本実施の形態4に係る機器別電力記憶部1cは、図2のような第1需要家の機器別電力だけでなく、第1需要家の地域または保有機器情報も記憶する。第1需要家の地域には、例えば、東北、関東、関西、仙台、東京、大阪のような行政区域などが含まれる。保有機器情報には、例えば、エアコンの台数が2台というような保有機器ごとの台数、及び、蓄熱暖房器具の冷暖房能力が7kWというような保有機器ごとの能力などが含まれる。
<負荷特性パターン生成部2c>
本実施の形態4に係る負荷特性パターン生成部2cは、機器別電力記憶部1cに記憶された機器別電力と、第1需要家の地域または保有機器情報とに基づいて、地域または保有機器情報に関する複数の負荷特性パターンを生成する。
本実施の形態4に係る負荷特性パターン生成部2cは、第1需要家の地域または保有機器情報が同一である需要家ごとに、実施の形態1の負荷特性パターン生成部2と同様の類似度の算出及びパターン分類を行うか、図21に示す動作によって類似度の算出及びパターン分類を行う。図21に示す動作では、負荷特性パターン生成部2cは、ステップS41にて、地域または保有機器情報を用いて、類似度の算出対象となるデータの正規化を行い、その後のステップS42にて、正規化されたデータの類似度の算出及びパターン分類を行う。
次にステップS41での地域または保有機器情報を用いた正規化の一例について説明する。
保有機器情報を用いた正規化では、負荷特性パターン生成部2cは、例えば、それぞれの機器の負荷を、保有機器の台数や保有機器の能力で正規化する。例えば、エアコンをn台保有している第1需要家についてのエアコン負荷の正規化として、負荷特性パターン生成部2cは、各時刻のエアコン負荷を保有台数であるnで割ることで1台あたりのエアコン負荷を求める。また例えば、nkWの能力を持つ蓄熱式暖房器具を保有している第1需要家についての蓄熱式暖房器具の負荷の正規化として、負荷特性パターン生成部2cは、同様に、蓄熱式暖房器具の負荷をnで割ることで1kWあたりの蓄熱式暖房器具の負荷を求める。
地域を用いた正規化では、負荷特性パターン生成部2cは、例えば、気温Tのときの機器nの気温補正係数fn(T)を求める。気温補正係数fn(T)は、例えば、気温15℃のときの機器nの負荷と、気温T℃のときの機器nの負荷との比率で表す値であり、T=15の気温補正係数fn(15)は1である。なお、気温補正係数fn(T)は時刻ごとや月ごとに求めてもよい。気温補正係数fn(T)を求めた後、負荷特性パターン生成部2cは、気温補正係数fn(T)と、第1需要家lの時刻t機器nの機器別電力である負荷Pln(t)とを用いてPln(t)/fn(Ta)を算出する。Taは、第1需要家lの地域RAにおける平均気温である。ただし、地域を用いた正規化はこれに限ったものではなく、負荷特性パターン生成部2cは、気温補正係数fn(T)を用いる代わりに、地域の関数である地域補正係数fn(地域)を用いて同様にPln(t)/fn(地域)を算出してもよい。
以上のような正規化は、地域が異なるデータの正規化だけでなく、同じ地域の需要家データのうちの季節が異なるデータの正規化にも利用できる。例えば、第1需要家EについてはE1月のデータのみが、第1需要家Eと同じ地域の第1需要家FについてはF1月のデータのみが記憶されている場合に、それらデータをE1月の平均気温Te1、F1月の平均気温Tf1を用いて正規化した後に、次に説明するステップS42のパターン分類を行ってもよい。正規化に用いる気温は月ごとの平均気温でも、日ごとや時間ごとの気温でもよい。また、気温を用いて正規化するのではなく、月ごとの正規化パラメータを用いて正規化してもよい。
ステップS42にて、負荷特性パターン生成部2cは、ステップS41で地域または保有機器情報を用いて正規化したデータについて類似度の算出及びパターン分類を行う。ステップS42での類似度の算出及びパターン分類は、実施の形態1〜3の負荷特性パターン生成部2,2a,2bの類似度の算出及びパターン分類と同様であり、実施の形態1等と同様に、類似度が閾値以下になるまでステップS41及びS42が繰り返される。
なお、地域または保有機器情報を用いて正規化されたデータに基づいて、負荷特性パターンが生成される場合には、当該負荷特性パターンも、地域または保有機器情報を用いて正規化されたものとなっている。
<負荷特性パターン記憶部3c>
本実施の形態4に係る負荷特性パターン記憶部3cは、負荷特性パターン生成部2cで生成された地域または保有機器情報に関する複数の負荷特性パターンを、地域または保有機器情報と対応付けて(組み合わせて)記憶する。
なお、負荷特性パターン記憶部3cに記憶される負荷特性パターンは、実施の形態1にて負荷特性パターン記憶部3で記憶される負荷特性パターンと同様である。負荷特性パターンと組みあわせて記憶される地域または保有機器情報は、機器別電力記憶部1cに記憶される第1需要家の地域または保有機器情報と同様の情報である。
<需要家総電力入力部4c>
本実施の形態4に係る需要家総電力入力部4cには、機器別電力を推定したい第2需要家の第2総需要電力の時間変化と、当該第2需要家の地域または保有機器情報とが入力される。本実施の形態4に係る需要家総電力入力部4cに入力される第2総需要電力の時間変化は、実施の形態1にて需要家総電力入力部4から入力される総需用電力の時間変化と同様である。また、本実施の形態4に係る需要家総電力入力部4cに入力される第2需要家の第2総需要電力の時間変化は、機器別電力記憶部1cに記憶される第1需要家の地域または保有機器情報と同様である。
<負荷特性パターン比較部5c>
本実施の形態4に係る負荷特性パターン比較部5cは、需要家総電力入力部4cに入力された第2総需要電力の時間変化、及び、地域または保有機器情報と、負荷特性パターン記憶部3cに記憶された複数の負荷特性パターンとに基づいて、類似負荷特性パターンを抽出する。
本実施の形態4に係る負荷特性パターン比較部5cは、負荷特性パターン生成部2cと同様の動作を行うことにより、類似負荷特性パターンを抽出する。
つまり、負荷特性パターン比較部5cは、第2需要家の地域または保有機器情報ごとに、実施の形態1の負荷特性パターン比較部5と同様の類似度の算出及び類似負荷特性パターンの抽出を行う。
あるいは、負荷特性パターン比較部5cは、図21のステップS41と同様に地域または保有機器情報を用いて、類似度の算出対象となるデータ(第2総需要電力の時間変化及び負荷特性パターン記憶部3cに記憶された負荷特性パターン)の正規化を行い、その後、正規化されたデータに基づいて、類似度の算出及び類似負荷特性パターンの抽出を行う。なお、この場合には、類似負荷特性パターンは、地域または保有機器情報を用いて正規化されたものとなっている。
<内訳計算部6c及び補正部6c1>
本実施の形態4に係る補正部6c1は、需要家総電力入力部4cに入力された第2総需要電力の時間変化に対する、負荷特性パターン比較部5cで抽出された類似負荷特性パターンの、地域または保有機器情報の差を補正する。そして、内訳計算部6cは、補正部6c1で補正された類似負荷特性パターンを用いて、実施の形態1の内訳計算部6と同様に、時間に応じて変化する第2総需要電力の案分(内訳計算)を行う。
ただし、負荷特性パターン比較部5cが、第2需要家の地域または保有機器情報ごとに、実施の形態1の負荷特性パターン比較部5と同様の類似度の算出及び類似負荷特性パターンの抽出を行っていた場合には、補正部6c1で補正を行わずに、内訳計算部6cは、実施の形態1の内訳計算部6と同様に案分(内訳計算)を行う。
一方、負荷特性パターン比較部5cが、地域または保有機器情報を用いて正規化したデータに基づいて類似度の算出及び類似負荷特性パターンの抽出を行っていた場合には、正規化されている類似負荷特性パターンを、第2需要家の地域または保有機器情報を用いて補正部6c1で補正してから、内訳計算部6cは、実施の形態1の内訳計算部6と同様に案分(内訳計算)を行う。
次に、正規化されている類似負荷特性パターンを、第2需要家の地域または保有機器情報を用いて補正する動作について説明する。ここでは、補正部6c1は、負荷特性パターン生成部2cの正規化と逆の動作を行うことによって、当該補正を行う。
保有機器情報を用いた補正では、補正部6c1は、例えば、正規化された機器の負荷を、保有機器の台数や保有機器の能力で補正する。例えば、第2需要家がエアコンをn台保有している場合には、正規化されている類似負荷特性パターンにおける各時刻の1台あたりのエアコン負荷に、保有台数のnをかけることによって、第2需要家(第2総需要電力)に合わせる補正を行う。また例えば、第2需要家がnkWの能力を持つ蓄熱式暖房器具を保有している場合には、正規化されている類似負荷特性パターンにおける1kWあたりの蓄熱式暖房器具の負荷に、能力のnをかけることによって、第2需要家(第2総需要電力)に合わせる補正を行う。
地域を用いた補正では、補正部6c1は、例えば、負荷特性パターン生成部2cで正規化に用いた上述の気温補正係数fn(T)、第2需要家が属する地域RAの平均気温Taを用いて、類似負荷特性パターンjの時刻t機器nの負荷Pjn(t)を補正する。具体的には、補正部6c1は、Pjn(t)×fn(Ta)を計算することによって負荷Pjn(t)を補正する。
なお、負荷特性パターン生成部2cで正規化に用いた補正係数が、気温補正係数ではなく、地域補正係数fn(地域)である場合には、補正部6c1は、同様にPjn(t)×fn(地域)を計算することによって負荷Pjn(t)を補正する。また、第2需要家の第2総需要電力及び類似負荷特性パターンを、計測月に関して正規化していた場合には、補正部6c1は、上述と同様に、負荷特性パターン生成部2cや負荷特性パターン比較部5cの正規化と逆の動作を行って補正を行えばよい。
内訳計算部6cは、補正部6c1で第2需要家(第2総需要電力)に合わせて補正された類似負荷特性パターンを用いて、実施の形態1の内訳計算部6と同様に、時間に応じて変化する第2総需要電力の案分(内訳計算)を行う。
<実施の形態4のまとめ>
本実施の形態4では、負荷特性パターン生成部2cで、需要家の地域や保有機器情報を考慮して負荷特性パターンを生成し、負荷特性パターン比較部5cで、需要家の地域や保有機器情報を考慮して類似負荷特性パターンを抽出し、補正部6c1で第2需要家の第2総需要電力の時間変化に対する、類似負荷特性パターンの地域または保有機器情報の差を補正して、上述の案分を行う。
これにより、第1需要家が属する地域または保有機器情報と、第2需要家が属する地域または保有機器情報とが異なる場合でも、地域または保有機器情報の差による影響を抑制する補正を行うことができる。この結果として、精度良く機器別電力を推定することができる。また、地域や保有機器情報の違いごとにパターン分類を行うための負荷特性パターン数、ひいては機器別電力記憶部1cに記憶されるデータ数を抑制することができる。さらに、地域や保有機器情報の差を補正して内訳推定が可能となることにより、例えば、電力自由化後に、遠い地域の需要家と電力会社とが契約した場合の電気料金の推定を行うことが可能となる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
1,1c 機器別電力記憶部、2,2a,2b,2c 負荷特性パターン生成部、3,3c 負荷特性パターン記憶部、4,4c 需要家総電力入力部、5,5a,5b,5c 負荷特性パターン比較部、6,6b,6c 内訳計算部、6b1,6c1 補正部。

Claims (8)

  1. 予め定められた複数の第1需要家のそれぞれについて随時計測された複数の機器別電力に基づいて、それぞれが第1総需要電力の時間変化と、当該第1総需要電力における各前記機器別電力の割合とを含み、それぞれの前記第1総需要電力の時間変化が互いに異なる複数の負荷特性パターンを生成する負荷特性パターン生成部と、
    所望の第2需要家の第2総需要電力の時間変化が入力される需要家総電力入力部と、
    前記需要家総電力入力部に入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記負荷特性パターン生成部で生成された前記複数の負荷特性パターンとに基づいて、前記第2総需要電力の時間変化に類似する一の前記負荷特性パターンを抽出する負荷特性パターン比較部と、
    前記需要家総電力入力部に入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記負荷特性パターン比較部で抽出された前記一の負荷特性パターンとに基づいて、時間に応じて変化する前記第2総需要電力を、当該一の負荷特性パターンに含まれる前記各機器別電力の前記割合で案分する内訳計算部と
    を備える、負荷推定装置。
  2. 請求項1に記載の負荷推定装置であって、
    前記負荷特性パターン生成部で用いられる前記複数の機器別電力を記憶する機器別電力記憶部をさらに備える、負荷推定装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の負荷推定装置であって、
    前記負荷特性パターン生成部で生成され、前記負荷特性パターン比較部に用いられる前記複数の負荷特性パターンを記憶する負荷特性パターン記憶部をさらに備える、負荷推定装置。
  4. 請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の負荷推定装置であって、
    前記負荷特性パターン生成部は、
    前記複数の機器別電力に基づいて第1類似度を算出し、当該算出した第1類似度に基づいて前記複数の機器別電力を統合することによって、前記複数の負荷特性パターンを生成し、
    前記負荷特性パターン比較部は、
    前記需要家総電力入力部に入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記負荷特性パターン生成部で生成された前記複数の負荷特性パターンとに基づいて第2類似度を算出し、当該算出した第2類似度に基づいて前記一の負荷特性パターンを抽出する、負荷推定装置。
  5. 請求項4に記載の負荷推定装置であって、
    前記負荷特性パターン生成部は、
    前記複数の機器別電力に基づいて、予め定められた需要電力のピーク時刻の類似度を、前記第1類似度として算出し、
    前記負荷特性パターン比較部は、
    前記第2総需要電力の時間変化と、前記複数の負荷特性パターンとに基づいて、予め定められた需要電力のピーク時刻の類似度を、前記第2類似度として算出する、負荷推定装置。
  6. 請求項5に記載の負荷推定装置であって、
    前記内訳計算部は、
    前記需要家総電力入力部に入力された前記第2総需要電力の時間変化に対する、前記負荷特性パターン比較部で抽出された前記一の負荷特性パターンの、前記ピーク時刻に関する差を補正する補正部を備え、
    前記内訳計算部は、
    前記補正部で補正された前記一の負荷特性パターンと、前記第2総需要電力の時間変化とに基づいて、前記案分を行う、負荷推定装置。
  7. 請求項1に記載の負荷推定装置であって、
    前記負荷特性パターン生成部は、
    前記複数の機器別電力と、前記複数の第1需要家の地域または保有機器情報とに基づいて、前記地域または前記保有機器情報に関する前記複数の負荷特性パターンを生成し、
    前記需要家総電力入力部には、
    前記第2需要家の地域または保有機器情報がさらに入力され、
    前記負荷特性パターン比較部は、
    前記需要家総電力入力部に入力された前記第2総需要電力の時間変化、及び、前記地域または前記保有機器情報と、前記負荷特性パターン生成部で生成された前記複数の負荷特性パターンとに基づいて、前記一の前記負荷特性パターンを抽出し、
    前記内訳計算部は、
    前記需要家総電力入力部に入力された前記第2総需要電力の時間変化に対する、前記負荷特性パターン比較部で抽出された前記一の負荷特性パターンの、前記地域または前記保有機器情報の差を補正する補正部を備え、
    前記内訳計算部は、
    前記補正部で補正された前記一の負荷特性パターンと、前記第2総需要電力の時間変化とに基づいて、前記案分を行う、負荷推定装置。
  8. (a)予め定められた複数の第1需要家のそれぞれについて随時計測された複数の機器別電力に基づいて、それぞれが第1総需要電力の時間変化と、当該第1総需要電力における各前記機器別電力の割合とを含み、それぞれの前記第1総需要電力の時間変化が互いに異なる複数の負荷特性パターンを生成する工程と、
    (b)所望の第2需要家の第2総需要電力の時間変化が入力される工程と、
    (c)前記工程(b)で入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記工程(a)で生成された前記複数の負荷特性パターンとに基づいて、前記第2総需要電力の時間変化に類似する一の前記負荷特性パターンを抽出する工程と、
    (d)前記工程(b)で入力された前記第2総需要電力の時間変化と、前記工程(c)で抽出された前記一の負荷特性パターンとに基づいて、時間に応じて変化する前記第2総需要電力を、当該一の負荷特性パターンに含まれる前記各機器別電力の前記割合で案分する工程と
    を備える、負荷推定方法。
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