JP6471011B2 - 蓄電池運転計画作成装置、蓄電池運転計画作成方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

蓄電池運転計画作成装置、蓄電池運転計画作成方法及びコンピュータプログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、蓄電池運転計画作成装置、蓄電池運転計画作成方法及びコンピュータプログラムに関する。
従来、省エネルギーや省コスト、自然エネルギーの活用を目的として、住宅に太陽光発電システム（以下、「ＰＶシステム」という。）と蓄電池が導入されている。ＰＶシステムと蓄電池とを利用してＰＶシステムによる発電時の電力需要を蓄電池の放電で賄うことで、ＰＶ売電量を増やすことができる。このような効果を押し上げ効果という。しかし、この方法は、蓄電池が空になってしまった場合それ以上の充放電ができない。このような場合、ＰＶシステムによる押し上げ効果を狙った放電で光熱費を削減することができない。そこで、実用的な運転計画を作成する必要があるが、従来の方法では処理に時間を要すると運転計画を作成することができない場合があった。
特開２０１４−１７４７３５号公報
本発明が解決しようとする課題は、容易に運転計画を作成することができる蓄電池運転計画作成装置、蓄電池運転計画作成方法及びコンピュータプログラムを提供することである。
実施形態の蓄電池運転計画作成装置は、電力需要予測部と、発電量予測部と、計画部とを持つ。電力需要予測部は、電力需要を予測する。発電量予測は、再生可能エネルギーを利用するシステムによる発電量を予測する。計画部は、予測結果と、時刻毎の電力単価の情報を表す電気料金情報とに基づいて作成される、各時刻における蓄電池の充放電による残量の変化を表すリンクと、前記残量の変化によって生じるリンク先のノードの電力コストの情報とを含むグラフとを用いて、前記グラフ上に前記リンクに基づく経路を作成し、作成した経路のうち前記電力コストに基づく経路を選択することによって前記蓄電池の運転計画を作成する。前記計画部は、各時刻において所定の最大数以内のリンクを生成する。
実施形態における運転計画作成システムのシステム構成を表すシステム構成図。 第１の実施形態にかかる運転計画作成装置２の構成を表す概略ブロック図。 計画部２３の構成を表す概略ブロック図。 充放電価値テーブルの具体例を示す図。 充放電量テーブルの具体例を示す図。 充放電グラフの一例を示す図。 ＰＶ発電予測と電力需要予測の予測結果の一例を示す図。 時刻毎の電力単価の一例を示す図。 予測結果と電力単価とに基づいて作成された充放電グラフの一例を示す図。 図９に示す充放電グラフにリンクの重み付けを行った一例を示す図。 図９に示す充放電グラフにノードの重み付けを行った一例を示す図。 作成された運転計画の一例を示す図。 第１の実施形態にかかる運転計画作成装置２の処理の流れを示すフローチャート。 運転計画作成処理の流れを示すフローチャート。 逆方向充放電グラフの具体例を示す図。 第４の実施形態におけるシステム構成を示すシステム構成図。
以下、実施形態の蓄電池運転計画作成装置、蓄電池運転計画作成方法及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態における運転計画作成システムのシステム構成を表すシステム構成図である。
運転計画作成システムは、分電盤１、運転計画作成装置２、蓄電池３、ＰＣＳ（Power Conditioning System）４及びＰＶシステム５（太陽光発電システム）を備える。また、図１において、実線は運転計画作成装置２と各装置との間でデータが送受信される経路を示すデータ線であり、破線は給電線である。
分電盤１は、電力系統７から供給される電力を運転計画作成装置２、蓄電池３、ＰＣＳ４、ＰＶシステム５及び自装置に接続されている負荷６に供給する。また、分電盤１は、給電線毎の使用電力量を計測する計測装置を備える。計測装置は、負荷６が接続されているブレーカ毎に設置され、各ブレーカに接続されている各負荷６の使用電力量を計測する。計測装置は、計測した各負荷６の使用電力量を運転計画作成装置２に転送する。また、分電盤１は、漏電ブレーカの機能も有する。
運転計画作成装置２は、蓄電池３の運転計画を作成する。
蓄電池３は、ＰＣＳ４によって供給された電力を蓄電する。蓄電池３は、運転計画作成装置２の制御に応じて、蓄電している電力（直流電力）をＰＣＳ４に供給する。
ＰＣＳ４は、インバータ（不図示）を備え、蓄電池３及びＰＶシステム５から供給される直流電力を交流電力に変換して分電盤１に供給する。また、ＰＣＳ４は、蓄電池３の充放電量及びＰＶシステム５の発電量を計測する機能を有する。ＰＣＳ４は、計測した発電量に関する情報及び充放電量に関する情報を運転計画作成装置２に転送する。また、ＰＣＳ４は、コンバータ（不図示）を備え、買電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電池３に供給する。そのため、ＰＣＳ４は、買電電力を深夜においても蓄電池３に充電することができる。ＰＣＳ４は、ＰＶシステム５によって発電された電力を蓄電池３に供給してもよい。なお、図１では、ＰＣＳ４がＰＶシステム５と蓄電池３とに接続されている構成を示しているが、これに限定される必要はない。例えば、運転計画作成システムにおいて、ＰＶシステム５用のＰＣＳと蓄電池３用のＰＣＳとが備えられてもよい。
ＰＶシステム５は、太陽光（再生可能エネルギー）を複数の太陽電池を用いて直接的に電力に変換するシステムである。ＰＶシステム５は、発電した電力（直流電力）をＰＣＳ４に供給する。
負荷６は、電力を使用する電気機器であり、例えば家電（例えば、照明、エアコン、あるいはヒートポンプ式給湯器）などである。
以下、運転計画作成システムにおける運転計画作成装置２の各実施形態（第１の実施形態〜第４の実施形態）について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態にかかる運転計画作成装置２の構成を表す概略ブロック図である。
運転計画作成装置２は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、運転計画作成プログラムを実行する。運転計画作成プログラムの実行によって、運転計画作成装置２は、取得部２０、電力需要予測部２１、ＰＶ発電予測部２２、計画部２３を備える装置として機能する。なお、運転計画作成装置２の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、運転計画作成プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、運転計画作成プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
取得部２０は、各種情報を取得する。例えば、取得部２０は、気象データを取得する。気象データは、自装置が位置する地域における気象に関するデータである。取得部２０は、気象データとして、気温、湿度、気圧、降水量、風速を取得する。なお、取得部２０は、例えば、インターネット上の気象情報ウェブサイトから、自装置が位置する地域の気象データを取得してもよい。また、取得部２０は、電気料金に関する情報（以下、「電気料金情報」という。）を取得する。電気料金情報は、買電電力及び売電電力の時刻毎の電力単価の情報を表す。
電力需要予測部２１は、翌日の電力需要を予測する。例えば、電力需要予測部２１は、自装置が備えられている住宅の過去の電力需要の履歴から翌日の電力需要を予測する。翌日の電力需要予測は、単純には一週間前の電力需要を利用することができる。
ＰＶ発電予測部２２は、ＰＶシステム５による太陽光発電の発電量を予測する。例えば、ＰＶ発電予測部２２は、太陽光発電実績値と天気予報に基づいて太陽光発電の発電量の予測値を生成する。例えば、３時間ごとの天気予報から日射予測を行う方法については、参考文献１に記載の技術が用いられてもよい。（参考文献１：島田、黒川、“天気予報と天気変化パターンを用いた日射予測“，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＰＥ，ｐｐ１２１９−１２２５，Ｖｏｌ．１２７，Ｎｏ．１１，２００７．）
計画部２３は、電力需要及びＰＶ発電の予測結果と、電気料金情報とに基づいて、蓄電池３の運転計画を作成する。以下、計画部２３の具体的な構成について説明する。
図３は、計画部２３の構成を表す概略ブロック図である。
図３に示されるように、計画部２３は、第１充電価値計算部２３１、第２充電価値計算部２３２、第１放電価値計算部２３３、第２放電価値計算部２３４、停止価値計算部２３５、記憶部２３６、作成部２３７を備える。ここで、説明のための準備として、ＰＶ発電予測部２２の発電予測の時系列をＰＶ（ｔ）とする。ここで、ｔは、１日の時刻を表す変数であり、1日を１分刻みで予測する場合、tは０〜１４３９の値をとる。また、電力需要予測部２１の需要予測の時系列をＤ（ｔ）とする。時刻tの電力料金をＰｒｉｃｅＢｕｙ（ｔ）とする。時刻ｔのＰＶシステム５による発電電力の買い取り価格をＰｒｉｃｅＳｅｌｌ（ｔ）とする。
第１充電価値計算部２３１は、第１充電価値を算出する。第１充電価値は、蓄電池３を最大限に充電した際に要する電力単価と、売却可能であったＰＶシステム５の余剰電力の合計値である。具体的には、第１充電価値計算部２３１は、以下の式１から式４に基づいて、第１充電価値ＣＨＧｖａｌ１（ｔ）を算出する。
Figure 0006471011
Figure 0006471011
Figure 0006471011
Figure 0006471011
ここで、式１のＰＶｏｖＤはＰＶシステム５の余剰を表し、式２のＤｏｖＰＶは需要の余剰を表す。また、式３のＬｉｍｉｔＢａｔは蓄電池３の最大充電電力であり、Ｌｉｍｉｔ（ｔ）は契約電力である。また、式４の第一項（ＰＶｏｖＤ（ｔ）×ＰｒｉｃｅＳｅｌｌ（ｔ））は、売却可能であったＰＶシステム５の余剰電力の売電価格であり、第二項（ＣＨＧａｍｏｕｎｔ１（ｔ）×ＰｒｉｃｅＢｕｙ（ｔ））は電力系統７から蓄電池３を充電するために必要なコストである。また、式４のＣＨＧａｍｏｕｎｔ１（ｔ）は第１充電量を表す。さらに、充電は蓄電池容量の上限は超えない範囲で充電電力が設定されるものとする。
第２充電価値計算部２３２は、第２充電価値を算出する。第２充電価値は、ＰＶシステム５の余剰電力をできる限り蓄電池３に充電した際に、売却できなかったＰＶシステム５の余剰電力の金額である。具体的には、第２充電価値計算部２３２は、以下の式５及び式６に基づいて、第２充電価値ＣＨＧｖａｌ２（ｔ）を算出する。式５のＣＨＧａｍｏｕｎｔ２（ｔ）は第２充電量を表す。
Figure 0006471011
Figure 0006471011
第１放電価値計算部２３３は、第１放電価値を算出する。第１放電価値は、蓄電池３を需要分まで放電した際に削減できる電力単価と、ＰＶシステム５による売電の増分による収入の増加（押上げ効果）の和である。具体的には、第１放電価値計算部２３３は、以下の式７及び式８に基づいて、第１放電価値ＤｉｓＣＨＧｖａｌ１（ｔ）を算出する。なお、放電量は蓄電容量や放電可能電力の制約を上限とする。
Figure 0006471011
Figure 0006471011
式７のＰＶｐｕｓｈ（ｔ）は、ＰＶシステム５による売電の増分による収入の増加（押上げ効果）を表す。また、第１放電価値計算部２３３は、以下の式９に基づいて第１放電量ＤｉｓＣＨＧａｍｏｕｎｔ１（ｔ）を算出する。
Figure 0006471011
第２放電価値計算部２３４は、第２放電価値を算出する。第２放電価値は、蓄電池３をＰＶシステム５に対する需要余剰分まで放電した際に削減できる買電コストである。具体的には、第２放電価値計算部２３４は、以下の式１０に基づいて、第２放電価値ＤｉｓＣＨＧｖａｌ２（ｔ）を算出する。
Figure 0006471011
また、第２放電価値計算部２３４は、以下の式１１に基づいて第２放電量ＤｉｓＣＨＧａｍｏｕｎｔ２（ｔ）を算出する。
Figure 0006471011
停止価値計算部２３５は、停止価値を算出する。停止価値は、蓄電池３を利用しなかった場合のコスト増、収入増である。具体的には、停止価値計算部２３５は、以下の式１２に基づいて、停止価値ｖａｌ（ｔ）を算出する。
Figure 0006471011
なお、以下の説明では、第１充電価値計算部２３１、第２充電価値計算部２３２、第１放電価値計算部２３３、第２放電価値計算部２３４、停止価値計算部２３５について区別しない場合には計算部と記載する。また、以下の説明では、第１充電価値及び第２充電価値について区別しない場合には充電価値と記載する。また、以下の説明では、第１放電価値及び第２放電価値について区別しない場合には放電価値と記載する。
記憶部２３６は、充放電価値記憶部２３６１及び充放電量情報記憶部２３６２を備える。
充放電価値記憶部２３６１は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。充放電価値記憶部２３６１は、充放電価値テーブルを記憶する。
図４は、充放電価値テーブルの具体例を示す図である。
図４に示される充放電価値テーブルでは、縦軸が価値を表し、横軸が時刻を表す。価値の値は、計算部によって算出された各時刻における充電価値、放電価値及び停止価値である。時刻の値は、価値の値が算出された時刻を表す。図４の例では、時刻は分刻みで表されている。図４に示される充電価値１が第１充電価値に相当し、充電価値２が第２充電価値に相当し、放電価値１が第１放電価値に相当し、放電価値２が第２放電価値に相当する。
充放電量情報記憶部２３６２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。充放電量情報記憶部２３６２は、充放電量テーブルを記憶する。
図５は、充放電量テーブルの具体例を示す図である。
図５に示される充放電量テーブルでは、縦軸が充放電量を表し、横軸が時刻を表す。充電量の項目には、第１充電価値計算部２３１及び第２充電価値計算部２３２によって算出された各時刻における充電量が記録される。放電量の項目には、第１放電価値計算部２３３及び第２放電価値計算部２３４によって算出された各時刻における放電量が記録される。図５に示される充電量１が第１充電量に相当し、充電量２が第２充電量に相当し、放電量１が第１放電量に相当し、放電量２が第２放電量に相当する。
作成部２３７は、リンク作成部２３７１、付加部２３７２、算出部２３７３及び運転計画作成部２３７４を備える。
リンク作成部２３７１は、充放電価値テーブルと、充放電量テーブルとに基づいて運転計画を立てるために利用する充放電グラフの各時刻に対するリンクを生成する。ここで前処理として、リンク作成部２３７１は、充放電後の蓄電池３の残量が離散値を取るように充放電量及び充放電価値を再計算する。例えば、蓄電池３の残量を１００Ｗｈ単位で離散化する場合、６．６ｋＷｈの蓄電池３の残量は、０Ｗｈ、１００Ｗｈ、２００Ｗｈ、・・・、６５００Ｗｈ、６６００Ｗｈの値をとるものとする。例えば、２００ｖ、３０Ａの充放電能力を持つ蓄電池３では、１分で１００Ｗｈの電力が充放電可能である。再計算の方法は、充放電電力量が１００Ｗｈ単位の値をとるように、各時刻での充放電電力を調整する。リンク作成部２３７１は、これに合わせて充放電価値も再計算する。再計算した値を充放電価値テーブル及び充放電量テーブルに記録する。充放電グラフの一例を図６に示す。
図６は、充放電グラフの一例を示す図である。
図６に示される充放電グラフでは、縦軸が蓄電池残量を表し、横軸が時刻を表す。リンク作成部２３７１は、充放電価値テーブルと、充放電量テーブルとに基づいて、時刻ｔ（例えば、時刻０）から時刻ｔ＋１（例えば、時刻１）において取り得るリンクを生成する。具体的な処理については後述する。
付加部２３７２は、充放電価値テーブルと、充放電量テーブルとに基づいて、リンク作成部２３７１によって生成されたリンクにリンク重みを付加する。リンク重みは、リンクのコストを表す。また、付加部２３７２は、充放電価値テーブルと、充放電量テーブルとに基づいて、リンク作成部２３７１によって生成されたリンクにおけるソースノードにノード重みを付加する。ノード重みは、ソースノードのコストを表す。
算出部２３７３は、電気料金情報と、付加部２３７２によって付加された重みとに基づいて、ノードの最終重みを算出する。
運転計画作成部２３７４は、算出部２３７３の算出結果と、充放電グラフとに基づいて運転計画を作成する。
次に、本実施形態における運転計画方法について、図７から図１１を用いて具体例を挙げて説明する。ここでの説明は、時間間隔を２時間、蓄電池容量の取りうる値は１ｋＷｈずつ、上限を３ｋＷｈとしている。
図７は、ＰＶ発電予測と電力需要予測の予測結果の一例を示す図である。
図７において、縦軸は電力量を表し、横軸は時刻を表す。また、図７において、実線１０は電力需要予測の予測結果を表し、破線１１はＰＶ発電予測の予測結果を表す。例えば、図７に示される例では、時刻０時から時刻６時までの間では、ＰＶ発電による発電量が無く、時刻毎に１ＫＷｈの電力需要があることが示されている。
図８は、時刻毎の電力単価の一例を示す図である。図８において、縦軸は電力単価を表し、横軸は時刻を表す。また、図８において、実線１２は電力系統７からの買電電力の予測値を表し、破線１３はＰＶシステム５の発電によって生成された電力の売電電力の予測値を表す。例えば、図８に示される例では、時刻０時から時刻６時までの間では、電力系統７からの時刻毎の買電電力の単価が１ＫＷｈあたり１０円であり、売電による時刻毎の電力単価が４０円であることが示されている。
次に、リンク作成部２３７１は、以下のようにして充放電グラフのリンクを作成する。説明の簡単化のために、時刻ｔを０、蓄電池残量ＳＯＣ＝０とする。ただし、時刻t及びＳＯＣは、運転計画を立てる際の初期時刻及びその際の蓄電池残量としてよい。また、グラフのノードは重みを持つ。
（ｓｔｅｐ１）
ｔ＝０、ＳＯＣ（０）＝０、重み（０，０）＝０；
（ｓｔｅｐ２）
時刻ｔからｔ＋１へリンク１〜５を生成する。
リンク１: 第１充電量のリンクである。リンク作成部２３７１は、グラフ上の（ｔ,ＳＯＣ（ｔ））から（ｔ＋１,ＳＯＣ（ｔ）＋ＣＨＧａｍｏｕｎｔ１（ｔ））へリンクを生成する。この際、付加部２３７２は、生成されたリンクにＣＨＧｖａｌ１（ｔ）の重みを付加する。
リンク２:第２充電量のリンクである。リンク作成部２３７１は、グラフ上の（ｔ, ＳＯＣ（ｔ））から（ｔ＋１,ＳＯＣ（ｔ）＋ＣＨＧａｍｏｕｎｔ２（ｔ））へリンクを生成する。この際、付加部２３７２は、生成されたリンクにＣＨＧｖａｌ２（ｔ）の重みを付加する。
リンク３:第１放電量のリンクである。リンク作成部２３７１は、グラフ上の（ｔ,ＳＯＣ（ｔ））から（ｔ＋１,ＳＯＣ（ｔ）＋ｄｉｓＣＨＧａｍｏｕｎｔ１（ｔ））へリンクを生成する。この際、付加部２３７２は、生成されたリンクに−ＤｉｓＣＨＧｖａｌ１（ｔ）の重みを付加する。
リンク４：第２放電量のリンクである。リンク作成部２３７１は、グラフ上の（ｔ,ＳＯＣ（ｔ））から（ｔ＋１,ＳＯＣ（ｔ）＋ｄｉｓＣＨＧａｍｏｕｎｔ２（ｔ））へリンクを生成する。この際、付加部２３７２は、生成されたリンクに−ＤｉｓＣＨＧｖａｌ２（ｔ）の重みを付加する。
リンク５:停止のリンクである。リンク作成部２３７１は、（ｔ,ＳＯＣ（ｔ））から（ｔ＋１,ＳＯＣ（ｔ））にリンクを張る。この際、付加部２３７２は、生成されたリンクに０の重みを付加する。
（ｓｔｅｐ３）
ｔ＝ｔ＋１。ｔ＜終了時刻ならｓｔｅｐ１から処理が実行される。なお、終了時刻は、予め設定されていてもよいし、動的に変更されてもよい。
（ｓｔｅｐ４）
ｔ＝０
（ｓｔｅｐ５）
時刻tでリンクのソースとなっているすべてのノードについて、付加部２３７２は以下のＳｔｅｐ５−１の処理を実行する。
（ｓｔｅｐ５−１）
付加部２３７２は、あるノードについて、そのノードから出ている全てリンクについて、ソースノードの重みにリンクの重みを加えた値をリンク先のノード重みとして付加する。この際、リンク先のノードに既に重みが付加されている場合、付加部２３７２は既に付加されている重みの値と、新たに付加しようとしている値と比較して値が小さい方をそのノードのリンク先の重みとして付加する。置き換えた場合、付加部２３７２は、このリンクにフラグを立てる。
（ｓｔｅｐ６）
ｔ＝ｔ＋１。ｔ＜終了時刻ならｓｔｅｐ５から処理が実行される。
（ｓｔｅｐ７）
まず、算出部２３７３は、終了時刻のノードにつき、そのノードの蓄電池残量にその時刻の買電価格を乗じた値を算出する。そして、算出部２３７３は、算出した値を、それぞれのノードの重みから引いた値をノードの群の最終重みとする。
（ｓｔｅｐ８）
運転計画作成部２３７４は、最終重みが最も小さいノードからフラグを辿った経路を運転計画として作成する。
以上のようにして、運転計画が作成される。このような方法は、いわゆる動的計画法である。
図９は、予測結果と電力単価とに基づいて作成された充放電グラフの一例を示す図である。
図９には、それぞれの時刻のＰＶ発電予測と電力需要予測から計算した充放電グラフのリンクが示されている。例えば、時刻０におけるノード１４からのリンクとしてリンク１５及びリンク１６が作成されている。
図１０は、図９に示す充放電グラフにリンクの重み付けを行った一例を示す図である。
図１０に示される例では、時刻０時から時刻８時までのリンクに対する重みが付加されている。例えば、時刻０時から時刻２時に対して３ｋＷｈの電力を蓄電池に充電する場合、３０円のコストがかかることが示されている。また、例えば、時刻２時から時刻４時において蓄電池に蓄えられている電力を１０ｋＷｈ使う場合、電力系統７から電力を購入する必要がないため１０円のコストが浮くことが示されている。
図１１は、図９に示す充放電グラフにノードの重み付けを行った一例を示す図である。
図１１に示される例では、時刻０時から時刻８時までのノードに対する重みが付加されている。例えば、時刻０時から時刻２時に対して３ｋＷｈの電力を蓄電池に充電する場合、３０円のコストがかかることが示されている。
上記処理によって、作成された運転計画を図１２に示す。
図１２は、作成された運転計画の一例を示す図である。
図１２に示される運転計画通りに蓄電池３を制御させることによって、実用的な運転が実行可能になる。
図１３は、第１の実施形態にかかる運転計画作成装置２の処理の流れを示すフローチャートである。
取得部２０は、電気料金情報を取得する（ステップＳ１０１）。また、取得部２０は、気象データを取得する（ステップＳ１０２）。取得部２０は、取得した電気料金情報及び気象データを電力需要予測部２１及びＰＶ発電予測部２２に出力する。電力需要予測部２１は、各時刻（例えば、１日）における電力需要量を予測する（ステップＳ１０３）。電力需要予測部２１は、予測した電力需要量を計画部２３に出力する。次に、ＰＶ発電予測部２２は、各時刻（例えば、１日）におけるＰＶ発電量を予測する（ステップＳ１０４）。ＰＶ発電予測部２２は、予測したＰＶ発電量を計画部２３に出力する。
第１充電価値計算部２３１は、出力された予測結果に基づいて第１充電価値を算出する（ステップＳ１０５）。第２充電価値計算部２３２は、出力された予測結果に基づいて第２充電価値を算出する（ステップＳ１０６）。第１放電価値計算部２３３は、出力された予測結果に基づいて第１放電価値を算出する（ステップＳ１０７）。第２放電価値計算部２３４は、出力された予測結果に基づいて第２放電価値を算出する（ステップＳ１０８）。停止価値計算部２３５は、出力された予測結果に基づいて停止価値を算出する（ステップＳ１０９）。計算部は、算出した結果に応じて、充放電価値テーブル及び充放電量テーブルに各値を記録する（ステップＳ１１０）。
計算部は、充放電価値テーブル及び充放電量テーブルに終了時刻まで記録したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。充放電価値テーブル及び充放電量テーブルに終了時刻まで記録していない場合（ステップＳ１１１−ＮＯ）、ステップＳ１０５以降の処理が実行される。
一方、充放電価値テーブル及び充放電量テーブルに終了時刻まで記録した場合（ステップＳ１１１−ＹＥＳ）、作成部２３７は運転計画作成処理を実行する（ステップＳ１１２）。
図１４は、運転計画作成処理の流れを示すフローチャートである。
まず、リンク作成部２３７１は、充放電グラフを用いてリンクを生成する。具体的には、リンク作成部２３７１は、初期時刻ｔ＝０、その際の蓄電池残量ＳＯＣ＝０とする。また、リンク作成部２３７１は、ノードの重みを（０，０）＝０とする（ステップＳ２０１）。次に、リンク作成部２３７１は、充放電価値テーブルと、充放電量テーブルとに基づいて、時刻ｔから時刻ｔ＋１において取り得るリンクを生成する（ステップＳ２０２）。次に、リンク作成部２３７１は、処理を時刻ｔから時刻ｔ＋１に移す（ステップＳ２０３）。つまり、リンク作成部２３７１は、ｔ＝ｔ＋１とする。そして、リンク作成部２３７１は、時刻ｔが終了時刻に達しているか否か判定する（ステップＳ２０４）。
時刻ｔが終了時刻に達していない場合（ステップＳ２０４−ＮＯ）、リンク作成部２３７１はステップＳ２０１以降の処理を実行する。
一方、時刻ｔが終了時刻に達している場合（ステップＳ２０４−ＹＥＳ）、付加部２３７２は処理を初期時刻ｔに移す（ステップＳ２０５）。つまり、付加部２３７２は、以下の処理を初期時刻ｔ０から実行する。付加部２３７２は、リンクが張られた充放電グラフと、充放電価値テーブルと、充放電量テーブルとに基づいて、リンク作成部２３７１によって生成されたリンクに重みを付加する（ステップＳ２０６）。この際、リンク先のノードに既に重みの値が付加されている場合、付加部２３７２は重みの値が小さい方をそのリンク先のノードの重みとして付加する。次に、付加部２３７２は、処理を時刻ｔから時刻ｔ＋１に移す（ステップＳ２０７）。つまり、付加部２３７２は、ｔ＝ｔ＋１とする。
そして、付加部２３７２は、時刻ｔが終了時刻に達しているか否か判定する（ステップＳ２０８）。時刻ｔが終了時刻に達していない場合（ステップＳ２０８−ＮＯ）、付加部２３７２はステップＳ２０６以降の処理を実行する。
一方、時刻ｔが終了時刻に達している場合（ステップＳ２０８−ＹＥＳ）、時刻ｔが終了時刻に達していない場合（ステップＳ２０４−ＮＯ）、算出部２３７３はノードの最終重みを算出する（ステップＳ２０９）。その後、運転計画作成部２３７４は、算出結果と、充放電グラフとに基づいて運転計画を作成する（ステップＳ２１０）。例えば、運転計画作成部２３７４は、充放電グラフに基づいて、最終重みの値が小さいノードからコストが最小となる経路を選択することによって運転計画を作成する。
以上のように構成された運転計画作成装置２によれば、実用的な運転計画を作成することができる。以下、この効果について詳細に説明する。
具体的には、まず運転計画作成装置２は、電力需要とＰＶシステム５による発電量を予測する。次に、運転計画作成装置２は、予測結果と、電力料金情報とに基づいて充放電価値、停止価値及び充放電量を算出する。そして、運転計画作成装置２は、算出した充放電価値、停止価値及び充放電量を用いて、各時刻におけるリンク及びノードに重みが付加された充放電グラフを作成する。運転計画作成装置２は、充放電グラフの終了時刻からコストが最小となる経路を選択することによって運転計画を作成する。このように、運転計画作成装置２は、動的計画法によって単純な計算のみで蓄電池３の運転計画を作成することができる。そのため、容易に運転計画を作成することが可能になる。
以下、第１の実施形態における運転計画作成装置２の変形例について説明する。
電力需要予測部２１は、当日のある時刻までの電力需要から、その時刻以降の電力需要を予測してもよい。この場合、当日のある時刻以降の電力需要は、その時刻までの電力需要カーブと類似した電力需要カーブを履歴から検索し、検索された需要カーブの、その時刻以降の需要カーブを予測とすることができる。なお、ここでは単純な電力需要の予測方法を一例として記載したが、電力需要予測方法は上述の方法に限定される必要は無く、例えば天気情報等を利用して、生成された電力需要予測を補正することも可能である。
また、本実施形態では、蓄電池容量を縦軸にとった充放電グラフを例に説明したが、燃料電池の発電量や貯湯量と充放電グラフとの組み合わせを縦軸にとったテーブルを利用して、蓄電池と燃料電池の運転計画を立てるように構成されてもよい。
本実施形態では、リンク作成部２３７１が、取り得る全てのリンクを張る構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、リンク作成部２３７１は、明らかに不要なリンクに関してはリンクを張らないように構成されてもよい。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、付加部２３７２が、時刻が経過する方向（順方向）にノードのリンクを計算して重みを付加する構成を示したが、第２の実施形態では付加部２３７２が終了時刻から遡ってノードに重みを付加する点が第１の実施形態と相違する。そこで、第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点についてのみ説明する。
第２の実施形態の場合、終了時刻の重みは、蓄電器残量を得るために必要なコストにマイナスを付加した値となる。マイナスを付加する理由は、マイナスのコスト、すなわち価値を保有していることを表すためである。この状況から、付加部２３７２は第１の実施形態で付加したリンクの重みを用いて逆方向にノードの重みを付加する。
図１５は、逆方向充放電グラフの具体例を示す図である。図１５に示される例では、逆方向充放電グラフには、終了時刻の２４時から１８時までに付加されたノード重みが示されている。本例では、２４時から１８時までの例を示しているが、ノード重みは時刻０まで遡って付加されてもよい。このとき、運転計画作成部２３７４は、時刻０で電力単価（コスト）が最も少ない経路を選択することによって運転計画を作成する。
逆方向充放電グラフは、各時刻における蓄電池３の充放電計画の決定方針を説明している。ＰＶ発電予測が外れ、ＰＶ発電電力が０であるとする。この場合、蓄電池３の充放電計画は、１ｋＷ充電、停止、２ｋＷ放電の３つのパターンである。１８時のノードのコストと１６時へのリンクのコストから、最も１６時のコストが安くなる運転計画としては１６時に放電した場合である。したがって、このような逆方向充放電グラフを用いることで、予測が外れた場合も時刻ごとの充放電戦略を決定することが可能になる。
以上のように構成された第２の実施形態における運転計画作成装置２によれば、第１の実施形態における運転計画作成装置２に比べて多くの情報に基づいて運転計画が作成される。以下、この効果について詳細に説明する。
具体的には、第１の実施形態における運転計画作成装置２では、時刻ｔ＝０におけるある１点（蓄電池残量が０の場合）からリンクを張ることによって各経路のコストを求めて最終的な運転計画を作成していた。それに対し、逆方向充放電グラフを用いる第２の実施形態における運転計画作成装置２では、蓄電池残量に応じて運転計画を作成するための始点が複数存在する。そのため、運転計画作成装置２は、多くの情報に基づいて運転計画を作成することが可能になる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、逆方向充放電グラフを複数用いて各時刻の運転計画を作成する点が第２の実施形態と相違する。そこで、第３の実施形態では、第２の実施形態との相違点についてのみ説明する。この場合、運転計画作成装置２は、それぞれの充放電グラフを、対象日の類似日と想定されるＰＶ発電量と電力需要の履歴データとを利用して作る必要がある。そして、運転計画作成装置２は、作成した複数の充放電グラフで、それぞれ、対象時刻の充放電量とその時得られるコストの差を求める。運転計画作成装置２は、これらを集計して、コストの平均が低い方法をとることで過去の複数の日の情報を反映させた計画を立てることが可能になる。なお、複数の逆方向充放電グラフをマージしてノードごとに平均をとり、一つの逆方向充放電グラフにまとめる方法も当然考えられる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、クラウドを利用する。
図１６は、第４の実施形態におけるシステム構成を示すシステム構成図である。
図１６に示されるように、第４の実施形態では、クラウド１７と、建物内に設けられている運転計画作成装置２とが通信を行うことによって運転計画を作成する。このように構成される場合、運転計画作成装置２は通信部を備える。通信部は、クラウド１７との間で通信を行う。また、運転計画作成装置２が備える機能の一部又は全ての機能をクラウド１７が備える。一例として、クラウド上で充放電グラフを作成する場合を考える。この場合、クラウド１７は、計画部２３の運転計画作成部２３７４を除く全ての機能部を有する。このように構成される場合の処理について説明する。
運転計画作成装置２は、電力需要予測の予測結果と、ＰＶ発電量の予測結果と、電気料金情報とをクラウド１７に送信する。クラウド１７は、上記処理（例えば、図１３のステップＳ１０６から図１４のステップＳ２０９までの処理）を実行する。その後、クラウド１７は、実行結果である充放電グラフを運転計画作成装置２に送信する。運転計画作成装置２の運転計画作成部２３７４は、受信した充放電グラフから運転計画を作成する。
以上のように構成された第４の実施形態における運転計画作成装置２によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、第４の実施形態における運転計画作成装置２は、運転計画を作成するまでの一部の処理をクラウド１７で実行させる。したがって、運転計画作成装置２は、運転計画を作成するまでの処理を行う全ての機能部を備える必要がない。そのため、住宅側での計算量を抑えることができるととともに、ハードウェアコストを削減することが可能になる。
以下、各実施形態に共通する変形例について説明する。
上記の各実施形態では、ＰＶシステム５による発電量の予測結果を運転計画の作成に利用する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、運転計画作成装置２は、ＰＶシステム５以外の再生可能エネルギーを利用するシステムの発電量の予測結果を運転計画の作成に利用するように構成されてもよい。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電力需要を予測する電力需要予測部２１と、ＰＶシステム５による発電の発電量を予測するＰＶ発電予測部２２と、予測結果と、時刻毎の電力単価の情報を表す電気料金情報とに基づいて作成される、各時刻における蓄電池３の充放電による残量の変化を表すリンクと、残量の変化によって生じるリンク先のノードの電力コストの情報とを含むグラフに基づいて蓄電池３の運転計画を作成する計画部２３とを持つことにより、容易に運転計画を作成することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１…分電盤，２…運転計画作成装置，３…蓄電池，４…ＰＣＳ，５…ＰＶシステム，６…負荷，２０…取得部，２１…電力需要予測部，２２…ＰＶ発電予測部，２３…計画部，２３１…第１充電価値計算部，２３２…第２充電価値計算部，２３３…第１放電価値計算部，２３４…第２放電価値計算部，２３５…停止価値計算部，２３６…記憶部，２３６１…充放電価値記憶部，２３６２…充放電量情報記憶部，２３７…作成部，２３７１…リンク作成部，２３７２…付加部，２３７３…算出部，２３７４…運転計画作成部

Claims (8)

  1. 電力需要を予測する電力需要予測部と、
    再生可能エネルギーを利用するシステムによる発電量を予測する発電量予測部と、
    予測結果と、時刻毎の電力単価の情報を表す電気料金情報とに基づいて作成される、各時刻における蓄電池の充放電による残量の変化を表すリンクと、前記残量の変化によって生じるリンク先のノードの電力コストの情報とを含むグラフとを用いて、前記グラフ上に前記リンクに基づく経路を作成し、作成した経路のうち前記電力コストに基づく経路を選択することによって前記蓄電池の運転計画を作成する計画部と、
    を備え、
    前記計画部は、各時刻において所定の最大数以内のリンクを生成する蓄電池運転計画作成装置。
  2. 電力需要を予測する電力需要予測部と、
    再生可能エネルギーを利用するシステムによる発電量を予測する発電量予測部と、
    予測結果と、時刻毎の電力単価の情報を表す電気料金情報とに基づいて作成される、各時刻における蓄電池の充放電による残量の変化を表すリンクと、前記残量の変化によって生じるリンク先のノードの電力コストの情報とを含むグラフとを用いて、前記グラフ上に前記リンクに基づく経路を作成し、作成した経路のうち前記電力コストに基づく経路を選択することによって前記蓄電池の運転計画を作成する計画部と、
    を備え、
    前記計画部は、前記運転計画を作成する際に、最終時刻から遡って作成された前記グラフを用いる蓄電池運転計画作成装置。
  3. 前記計画部は、前記グラフで示される前記電力コストが最小の経路を選択して前記運転計画を作成する、請求項１又は２に記載の蓄電池運転計画作成装置。
  4. 前記計画部は、前記リンク先の前記ノードに複数の電力コストが存在する場合、複数の電力コストのうち最も安い電力コストを前記ノードの電力コストとして付加する、請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄電池運転計画作成装置。
  5. 前記予測結果と、前記電気料金情報とをクラウド上に設けられたサーバに送信し、前記サーバによって生成された前記グラフを受信する通信部と、
    前記計画部は、受信された前記グラフに基づいて前記蓄電池の運転計画を作成する、請求項１又は２に記載の蓄電池運転計画作成装置。
  6. コンピュータが行う蓄電池運転計画作成方法であって、
    電力需要を予測する電力需要予測ステップと、
    再生可能エネルギーを利用するシステムによる発電量を予測する発電量予測ステップと、
    予測結果と、時刻毎の電力単価の情報を表す電気料金情報とに基づいて作成される、各時刻における蓄電池の充放電による残量の変化を表すリンクと、前記残量の変化によって生じるリンク先のノードの電力コストの情報とを含むグラフとを用いて、前記グラフ上に前記リンクに基づく経路を作成し、作成した経路のうち前記電力コストに基づく経路を選択することによって前記蓄電池の運転計画を作成する計画ステップと、
    を有し、
    前記計画ステップにおいて、各時刻において所定の最大数以内のリンクを生成する蓄電池運転計画作成方法。
  7. コンピュータが行う蓄電池運転計画作成方法であって、
    電力需要を予測する電力需要予測ステップと、
    再生可能エネルギーを利用するシステムによる発電量を予測する発電量予測ステップと、
    予測結果と、時刻毎の電力単価の情報を表す電気料金情報とに基づいて作成される、各時刻における蓄電池の充放電による残量の変化を表すリンクと、前記残量の変化によって生じるリンク先のノードの電力コストの情報とを含むグラフとを用いて、前記グラフ上に前記リンクに基づく経路を作成し、作成した経路のうち前記電力コストに基づく経路を選択することによって前記蓄電池の運転計画を作成する計画ステップと、
    を有し、
    前記計画ステップにおいて、前記運転計画を作成する際に、最終時刻から遡って作成された前記グラフを用いる蓄電池運転計画作成方法。
  8. 請求項１又は２に記載の蓄電池運転計画作成装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
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