JP6664264B2

JP6664264B2 - 蓄電池運転計画作成装置

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Publication number: JP6664264B2
Application number: JP2016078598A
Authority: JP
Inventors: 雄介高口; 聖一北村; 正裕佐野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2036-04-11
Also published as: JP2017191353A

Description

この発明は、エネルギー管理を行うための蓄電池運転計画作成装置に関する。

蓄電池の小型化に伴い家庭用蓄電池が実用化されている。また、電力料金として時間帯別料金が採用されるようになり、家庭用蓄電池を活用した電力料金を抑制する技術が開発されている。

特許文献１には、電力の時間帯別料金に応じて蓄電池の充電計画および放電計画を決定することで、電力料金を低減させる方法が開示されている。また、充放電の出力の大きさから劣化度を計算し、劣化度に応じて時間帯別料金情報を補正することにより、蓄電池の劣化度を考慮した充放電量を決定する方法が述べられている。

特許文献２には、複数の運転パターンのうち、蓄電池の充放電による温度上昇を一定値以下に保つ運転計画を選択する方法が述べられている。また、蓄電池の劣化を抑制するために、蓄電池内部温度毎に負荷指標を設定して、負荷量が少ない運転計画を選択する方法が開示されている。

特開２０１３−７８１９３号公報特開２０１３−１０６４７６号公報

蓄電池は、その種類によって性質が異なり、ナトリウム硫黄電池は約３００℃の高温で運転されるという特徴がある。また、リチウムイオン電池は、ナトリウム硫黄電池と比較すると外気温に近い温度領域で動作可能であるが、例えば５０℃以上の高温で運転すると劣化が促進するという特徴がある。

特許文献１では、蓄電池の内部温度が考慮されておらず、充放電を継続的に実施させた場合に、温度上昇により運転継続ができなくなるという問題がある。

特許文献２では、温度上昇を一定値以下に保ち、かつ蓄電池の温度領域ごとに負荷指標を設定することにより、内部温度による劣化を抑制する計画が選択される方法が記載されている。ここでは、蓄電池の充放電量から内部温度変化を推定し、運転パターンが温度制約を守るか否かを判断している。しかし、この方法では、蓄電池の内部温度の制約範囲の中で、電気料金を最小化するように蓄電池を最大限活用する運転計画を作成することができない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電池の内部温度による充放電出力の制限を満たしつつ、電力料金を最小化する蓄電池運転計画の作成を目的とする。

本発明に係る第１の蓄電池運転計画作成装置は、将来の計画期間における蓄電池の充電量および放電量の推移を蓄電池運転計画として作成する蓄電池運転計画作成装置であって、計画期間において時間により変動する電力の売買に関する料金情報を取得する情報取得部と、蓄電池の充放電により変化する蓄電池の内部温度特性を取得する蓄電池温度特性取得部と、蓄電池の内部温度に対応して定められた、計画期間における蓄電池の充電量および放電量の絶対値の上限である出力条件を取得する出力条件取得部と、プログラムを格納する主記憶装置と、プログラムを実行するＣＰＵと、を備え、ＣＰＵは、プログラムを実行することによって、蓄電池の充電量および放電量ならびに料金情報をパラメータに含む計画期間における電力料金の目的関数を作成する目的関数作成部と、蓄電池の内部温度特性と出力条件を制約条件として、目的関数を最小化する最適化問題を解くことにより蓄電池運転計画を作成する運転計画作成部と、して機能する。
本発明に係る第２の蓄電池運転計画作成装置は、将来の計画期間における蓄電池の充電量および放電量の推移を蓄電池運転計画として作成する蓄電池運転計画作成装置であって、計画期間において時間により変動する電力の売買に関する料金情報を取得する情報取得部と、蓄電池の充放電により変化する蓄電池の温度特性を取得する蓄電池温度特性取得部と、蓄電池の温度に対応して定められた、計画期間における蓄電池の充電量および放電量の出力条件を取得する出力条件取得部と、プログラムを格納する主記憶装置と、プログラムを実行するＣＰＵと、を備え、情報取得部は、ヒートポンプで沸かし給湯タンクに貯蔵した湯から熱供給を行う自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の、計画期間における熱供給量の予測値を熱供給計画として取得し、ＣＰＵは、プログラムを実行することによって、蓄電池の充電量および放電量ならびに料金情報をパラメータに含む計画期間における電力料金の目的関数を作成する目的関数作成部と、蓄電池温度特性、出力条件、および熱供給計画を満たす熱量の湯が給湯タンクに貯蔵されることを制約条件として、電力料金の目的関数を最小化する最適化問題を解くことにより、蓄電池運転計画、および自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の計画期間における運転計画を作成する運転計画作成部と、して機能する。

本発明に係る第１の蓄電池運転計画作成装置は、将来の計画期間における蓄電池の充電量および放電量の推移を蓄電池運転計画として作成する蓄電池運転計画作成装置であって、計画期間において時間により変動する電力の売買に関する料金情報を取得する情報取得部と、蓄電池の充放電により変化する蓄電池の内部温度特性を取得する蓄電池温度特性取得部と、蓄電池の内部温度に対応して定められた、計画期間における蓄電池の充電量および放電量の絶対値の上限である出力条件を取得する出力条件取得部と、プログラムを格納する主記憶装置と、プログラムを実行するＣＰＵと、を備え、ＣＰＵは、プログラムを実行することによって、蓄電池の充電量および放電量ならびに料金情報をパラメータに含む計画期間における電力料金の目的関数を作成する目的関数作成部と、蓄電池の内部温度特性と出力条件を制約条件として、目的関数を最小化する最適化問題を解くことにより蓄電池運転計画を作成する運転計画作成部と、して機能する。従って、蓄電池の内部温度による充放電出力の制限を満たしつつ、電力料金を最小化する蓄電池運転計画を作成することができる。
本発明に係る第２の蓄電池運転計画作成装置は、将来の計画期間における蓄電池の充電量および放電量の推移を蓄電池運転計画として作成する蓄電池運転計画作成装置であって、計画期間において時間により変動する電力の売買に関する料金情報を取得する情報取得部と、蓄電池の充放電により変化する蓄電池の温度特性を取得する蓄電池温度特性取得部と、蓄電池の温度に対応して定められた、計画期間における蓄電池の充電量および放電量の出力条件を取得する出力条件取得部と、プログラムを格納する主記憶装置と、プログラムを実行するＣＰＵと、を備え、情報取得部は、ヒートポンプで沸かし給湯タンクに貯蔵した湯から熱供給を行う自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の、計画期間における熱供給量の予測値を熱供給計画として取得し、ＣＰＵは、プログラムを実行することによって、蓄電池の充電量および放電量ならびに料金情報をパラメータに含む計画期間における電力料金の目的関数を作成する目的関数作成部と、蓄電池温度特性、出力条件、および熱供給計画を満たす熱量の湯が給湯タンクに貯蔵されることを制約条件として、電力料金の目的関数を最小化する最適化問題を解くことにより、蓄電池運転計画、および自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の計画期間における運転計画を作成する運転計画作成部と、して機能する。従って、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備が設置されている場合に、その熱供給計画による制約を満足しつつ、電力料金が最小値となる蓄電池運転計画および給湯運転計画を作成することができる。

実施の形態１に係る蓄電池運転計画作成装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る蓄電池運転計画作成装置のハードウェア構成を示す図である。温度に基づく蓄電池充放電出力制限モデルを示す図である。蓄電池運転計画の例を示す図である。実施の形態１に係る蓄電池運転計画作成装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態２に係る蓄電池運転計画作成装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る蓄電池運転計画作成装置の動作を示すフローチャートである。実施の形態３に係る蓄電池運転計画作成装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る蓄電池運転計画作成装置の動作を示すフローチャートである。ＣＯＰの外気温特性を示す図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１は、実施の形態１に係る蓄電池運転計画作成装置１の構成を示すブロック図である。蓄電池運転計画作成装置１は、各種情報を取得する情報取得部と、各種情報を格納するデータベース１２と、蓄電池運転計画を決定する蓄電池運転計画作成部１１と、蓄電池運転計画等を出力する情報出力部とを備えている。

蓄電池運転計画作成部１１は、データベース１２に格納されたデータを読み出して、電力料金の目的関数を最小化する蓄電池運転計画を立案する演算処理を実行する。蓄電池運転計画とは、蓄電池の充電量および放電量の推移を示すものである。蓄電池運転計画作成部１１は、演算結果である蓄電池運転計画に関するデータをデータベース１２に格納する。

蓄電池運転計画作成装置１は、各種情報を取得する情報取得部として、演算用設定データ取得部１３、電力消費計画取得部１４、時間帯別料金情報取得部１５および外気温予測値取得部１６を備えている。

演算用設定データ取得部１３は、演算用設定データ１０５を、例えばユーザからの入力を受けて取得する。演算用設定データ取得部１３は、取得した演算用設定データ１０５をデータベース１２に格納する。演算用設定データ１０５は、蓄電池運転計画作成部１１での演算に利用する蓄電池温度モデル１９や、蓄電池充放電出力制限モデル２０を定義する数式を含む。すなわち、演算用設定データ取得部１３は、蓄電池温度モデル１９、つまり蓄電池の充放電により変化する蓄電池内部温度の特性を取得する蓄電池温度特性取得部として機能する。

電力消費計画取得部１４は、電力消費計画１０２を、例えばユーザからの入力を受けて取得する。電力消費計画取得部１４は、取得した電力消費計画１０２をデータベース１２に格納する。電力消費計画１０２は、計画期間内の電力消費量予測値の時間推移を示すものである。

時間帯別料金情報取得部１５は、時間帯別料金情報１０１を、例えばユーザからの入力を受けて取得する。時間帯別料金情報取得部１５は、取得した時間帯別料金情報１０１をデータベース１２に格納する。時間帯別料金情報１０１は、電力契約者により設定される電力単価を示している。ここで時間帯別料金情報１０１に示される電力単価は、計画期間において時間により変動する値であることを前提とする。その例として、時間帯によって異なる電力単価が設定されても良いし、電力提供者が指定する時間帯に電力の使用を控えることにより別の時間帯での電力単価が安くなる等のように、条件付きで時間帯によって異なる電力単価が設定されても良い。すなわち、時間帯別料金情報１０１は、計画期間において時間により変動する電力の売買に関する料金情報を取得する。

外気温予測値取得部１６は、蓄電池の設置箇所における外気温予測値１０３、具体的には計画期間内における外気温予測値の時間推移を、例えばユーザからの入力を受けて取得する。外気温予測値取得部１６は、取得した外気温予測値１０３をデータベース１２に格納する。

蓄電池運転計画作成装置１は、蓄電池運転計画等を出力する情報出力部として、蓄電池運転計画出力部１７および売買電計画出力部１８を備えている。蓄電池運転計画出力部１７は、データベース１２に格納された蓄電池運転計画１０４を装置外部に出力する。売買電計画出力部１８は、データベース１２に格納された売買電計画１０６を装置外部に出力する。

図２は、蓄電池運転計画作成装置１のハードウェア構成を示す図である。蓄電池運転計画作成装置１は、入力装置２００１、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２００４、主記憶装置２００３、二次記憶装置２００２、および出力装置２００５により実現する。

蓄電池運転計画作成装置１の情報取得部である、演算用設定データ取得部１３、電力消費計画取得部１４、時間帯別料金情報取得部１５、および外気温予測値取得部１６は、入力装置２００１により実現する。入力装置２００１は、マウスおよびキーボード等のユーザ入力インタフェースであってもよいし、データファイル（例えば、ＣＳＶ形式などのファイル形式でデータ保存されたデータファイル）を読み込むデータ入力インタフェースであっても良い。

蓄電池運転計画作成部１１は、ＣＰＵ２００４が、計算に必要なデータを二次記憶装置２００２に保存し、あるいは二次記憶装置２００２から読み出しつつ、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の主記憶装置２００３に格納されたソフトウェアプログラムを実行することによって、実現する。

データベース１２は、主記憶装置２００３や、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）等の二次記憶装置２００２によって実現する。

蓄電池運転計画出力部１７および売買電計画出力部１８は、ディスプレイまたはプリンタ等の出力装置２００５により実現する。

＜Ａ−２．動作＞
次に、蓄電池運転計画作成部１１が実施する蓄電池運転計画最適化処理について説明する。蓄電池運転計画作成部１１は、蓄電池運転計画最適化処理を実施するために、データベース１２に格納された演算用設定データ１０５から、蓄電池温度モデル１９と、蓄電池充放電出力制限モデル２０とを取り出す。以下、これらのモデルについて説明する。

蓄電池温度モデル１９は、蓄電池の充放電および外気温により蓄電池内部温度がどのように変化するかを定めるものであり、例えば、時刻ｔにおける蓄電池内部温度Ｔｂ（ｔ）を、時刻ｔにおける外気温Ｔｏ（ｔ）、充電出力値Ｗｉ（ｔ）、放電出力値Ｗｏ（ｔ）によって求める数式として表される。

具体的には、例えば式（１）のように、１時刻断面前の時刻ｔ−１における蓄電池内部温度Ｔｂ（ｔ−１）に、時刻ｔ−１における充電による発熱分および放電による発熱分を加え、外気温Ｔｏ（ｔ）との温度差による自然放熱を差し引いて定式化する。

式（１）において、Ｋ_ｗｉは充電による発熱比率の係数、Ｋ_ｗｏは放電による発熱比率の係数、Ｋ_ｔｏは蓄電池内部温度と外気温との差による放熱比率の係数を示している。

但し、蓄電池温度モデル１９はこれに限らず、蓄電池を含む装置全体の発熱特性または放熱特性を考慮して定式化することも可能である。あるいは、蓄電池の複数個所で温度計測を行う等、計測点を増やすことにより入力情報を増やして、蓄電池温度モデルをより高度化することも可能である。

蓄電池充放電出力制限モデル２０は、蓄電池内部温度に応じた蓄電池の充放電出力制限値を定めるものであり、例えば以下の式により表される。

但し、Ｌｉは充電出力制限値を、Ｌｏは放電出力制限値を表している。また、ここでは、充電出力Ｗｉ（ｔ）をマイナス値として表し、放電出力Ｗｏ（ｔ）をプラス値として表している。すなわち、蓄電池充放電出力制限モデル２０は、蓄電池の充電量および放電量の絶対値の上限を、出力条件として定めている。

図３は、蓄電池充放電出力制限モデル２０の一例を、横軸を蓄電池内部温度（℃）、縦軸を充放電出力制限値（ｋＷ）をとしてグラフ化したものである。図３において、実線が放電限界を、点線が充電限界を示している。この蓄電池充放電出力制限モデル２０は、時刻ｔにおける蓄電池内部温度Ｔｂ（ｔ）をパラメータとする以下の数式で表される。

なお、図３の例では、充放電出力制限値の蓄電池内部温度特性を線形特性としたが、蓄電池の特性に合わせて非線形特性とするなど、蓄電池充放電出力制限モデル２０を高度化することも可能である。

蓄電池運転計画作成部１１は、以上に説明した蓄電池温度モデル１９および蓄電池充放電出力制限モデル２０を制約条件として、計画期間における電力料金を最小化する蓄電池充放電計画を作成する。

時刻ｔの電力料金Ｃ（ｔ）は、時刻ｔの料金単価をＲ（ｔ）、時刻ｔの電力消費予測値をＬ（ｔ）、時刻ｔの売買電力量をＷｂ（ｔ）とすると、以下の式で計算できる。

式（７）に示すように、売買電量Ｗｂ（ｔ）は、電力消費予測値Ｌ（ｔ）から蓄電池の充放電出力を差し引くことで表される。Ｗｂ（ｔ）は、正の値が買電力量を、負の値が売電力量を示している。ここで、充電出力Ｗｉ（ｔ）は負の値であるため減算項となっている。

式（６）に示すように、売買電量Ｗｂ（ｔ）に料金単価Ｒ（ｔ）を乗算することで電力料金Ｃ（ｔ）が求められる。電力料金は、一年間などの一定期間内における最大買電量に応じて基本料金の支払いが必要になる体系である場合もある。その場合は、計画期間内の最大買電量に応じて基本料金を加算する式に式（６）を修正してもよい。

また、式（６）では売電単価と買電単価を共にＲ（ｔ）で表しているが、これらが異なる値になる場合には、売電単価をＲ１（ｔ）、買電単価をＲ２（ｔ）とし、Ｗｂ（ｔ）の正負によって売電か買電かを判断して単価を切替えて計算し、電力料金を求めても良い。

蓄電池運転計画作成部１１は、蓄電池充放電出力制限モデル２０で定義された充放電出力制限を制約条件として、計画期間内の電力料金が最小値となる蓄電池の充放電量の計画期間における時間推移を蓄電池運転計画１０４として作成する。

蓄電池運転計画１０４は、式（６）で例示した電力料金の計画期間における積分を目的関数とし、当該目的関数を最小化する最適化問題を解くことによって得られる。具体的な求解方法は、制約式および目的関数の形に応じて適切な手法を選択する。例えば、目的関数を２次式までの数式で定式化する場合は、二次計画法によって求解することが可能であるし、それ以上の高次多項式で定式化する場合は、厳密な最適化手法だけでなく遺伝的アルゴリズムなどの手法を用いて準最適解を求めても良い。すなわち、蓄電池運転計画作成部１１は、蓄電池の充電量および放電量ならびに料金情報をパラメータに含む計画期間における電力料金の目的関数を、出力条件を満たす範囲で最小化する蓄電池運転計画１０４を作成する運転計画作成部として機能する。

蓄電池運転計画作成部１１は、以上の演算により得た、計画期間内における蓄電池の充電出力値Ｗｉ（ｔ）および放電出力値Ｗｏ（ｔ）を、蓄電池運転計画１０４としてデータベース１２に格納する。また、蓄電池運転計画作成部１１は、各時刻ｔにおける買電量または売電量を示す売買電計画１０６も、データベース１２に格納する。

蓄電池運転計画１０４は、蓄電池運転計画出力部１７により装置外部に出力され、売買電計画１０６は、売買電計画出力部１８により装置外部に出力される。但し、売買電計画１０６は、蓄電池運転計画１０４があれば、例えば式（７）により計算することができるので、装置外部で計算することも可能である。従って、売買電計画１０６をデータベース１２に格納することや、売買電計画出力部１８によって装置外部に出力することは、本発明に必須の構成ではない。

蓄電池運転計画作成部１１が作成した蓄電池運転計画１０４の例を図４に示す。図４は、横軸を時間、縦軸を温度または蓄電池充放電量（ｋＷ）とし、蓄電池運転計画１０４に加えて外気温の推移と蓄電池内部温度の推移を併せて示している。ここで、蓄電池の放電量または充電量は、０：３０〜１：００、１：００〜１：３０等のように３０分間隔で規定されているがこれは例示である。

図５は、実施の形態１に係る蓄電池運転計画作成装置１の動作を示すフローチャートである。以下、図５に沿って蓄電池運転計画作成装置１における処理手順を説明する。まず、電力消費計画取得部１４が、電力消費計画１０２を取得する（ステップＳ１１）。ここで電力消費計画取得部１４は、例えばユーザが入力装置２００１に入力した電力消費計画１０２を取得し、これをデータベース１２に格納する。

次に、時間帯別料金情報取得部１５が、時間帯別料金情報１０１を取得する（ステップＳ１２）。ここで時間帯別料金情報取得部１５は、例えばユーザが入力装置２００１に入力した時間帯別料金情報１０１を取得し、これをデータベース１２に格納する。

次に、外気温予測値取得部１６が、外気温予測値１０３を取得する（ステップＳ１３）。ここで外気温予測値取得部１６は、例えばユーザが入力装置２００１に入力した外気温予測値１０３を取得し、これをデータベース１２に格納する。

次に、演算用設定データ取得部１３が、演算用設定データ１０５を取得し、これをデータベース１２に格納する。データベース１２に格納される演算用設定データ１０５には、蓄電池温度モデル１９と、蓄電池充放電出力制限モデル２０とが含まれている。この蓄電池温度モデル１９と、蓄電池充放電出力制限モデル２０とを蓄電池運転計画作成部１１がデータベース１２から取り出し、各モデルの設定処理が行われる（ステップＳ１４，１５）。

次に、蓄電池運転計画作成部１１が、蓄電池温度モデル１９および蓄電池充放電出力制限モデル２０を制約条件とし、計画期間における電力料金の目的関数を最小化する蓄電池運転計画１０４を求め、これをデータベース１２に格納する（ステップＳ１６）。また、蓄電池運転計画作成部１１は、蓄電池運転計画１０４の計算過程で同時に得られた売買電計画１０６もデータベース１２に格納する。

次に、蓄電池運転計画出力部１７が、データベース１２に格納された蓄電池運転計画１０４を出力する（ステップＳ１７）。また、売買電計画出力部１８は、データベース１２に格納された売買電計画１０６を出力する。

＜Ａ−３．効果＞
実施の形態１の蓄電池運転計画作成装置１によれば、計画期間において時間により変動する電力の売買に関する料金情報を取得する情報取得部と、蓄電池の充放電により変化する蓄電池の温度特性を取得する蓄電池温度特性取得部と、蓄電池の温度に対応して定められた、計画期間における蓄電池の充電量および放電量の出力条件を取得する出力条件取得部と、蓄電池の充電量および放電量ならびに料金情報をパラメータに含む計画期間における電力料金の目的関数を、蓄電池温度特性と出力条件を満たす範囲で最小化する蓄電池運転計画を作成する運転計画作成部と、を備える。従って、蓄電池の充放電による内部温度変化を考慮した蓄電池の充放電出力制限を守ったうえで電力料金を最小化する、すなわち蓄電池の性能を最大限活用する運転計画を作成することができる。

＜Ｂ．実施の形態２＞
実施の形態２では、太陽光発電などの再生可能エネルギー（以降、再生可能エネルギーを「再エネ」という）の発電設備が設置されている場合に、再エネ発電出力予測値を考慮した蓄電池運転計画を作成する。

＜Ｂ−１．構成＞
図６は、実施の形態２に係る蓄電池運転計画作成装置２の構成を示すブロック図である。蓄電池運転計画作成装置２は、蓄電池運転計画作成装置１の構成に加えて、情報取得部として再エネ発電出力予測値取得部２１を備えており、蓄電池運転計画の作成において、再エネ発電出力予測値１０７を考慮する。蓄電池運転計画作成装置２のその他の構成は、実施の形態１に係る蓄電池運転計画作成装置１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

再エネ発電出力予測値取得部２１は、再エネ発電出力予測値１０７を、例えばユーザからの入力を受けて取得する。再エネ発電出力予測値取得部２１は、取得した再エネ発電出力予測値１０７をデータベース１２に格納する。再エネ発電出力予測値１０７は、設置されている再エネ発電設備の計画期間における発電量予測値の時間推移を示している。

＜Ｂ−２．動作＞
蓄電池運転計画作成部１１は、蓄電池充放電出力制限モデルを制約条件として、計画期間における電力料金を最小化する。計画期間における電力料金は、時刻ｔの電力料金Ｃ（ｔ）を計画期間で積分することによって得られる。時刻ｔの再エネ発電出力予測値をＰ_ｐｖ（ｔ）とすると、時刻ｔの電力料金Ｃ（ｔ）は、実施の形態１で説明した式（７）を修正した以下の式で求められる。

式（８）は式（６）と同様であるが、式（９）では、電力消費予測値Ｌ（ｔ）から再エネ発電出力予測値Ｐ_ｐｖ（ｔ）と蓄電池の充放電出力を差し引くことで売買電量Ｗｂ（ｔ）を求めている。すなわち、電力料金の目的関数は、再エネ発電出力予測値Ｐ_ｐｖ（ｔ）をパラメータとして含んでいる。

図７は、実施の形態２に係る蓄電池運転計画作成装置２の動作を示すフローチャートである。ステップＳ２１〜Ｓ２８のうち、ステップＳ２４のみが実施の形態１に係る蓄電池運転計画作成装置１の動作と異なる工程であるため、ステップＳ２４を中心に説明する。ステップＳ２１〜Ｓ２３及びステップＳ２５〜Ｓ２８は、図５に示したステップＳ１１〜Ｓ１７と同様である。

ステップＳ２４では、再エネ発電出力予測値取得部２１が、再エネ発電出力予測値１０７を取得する。ここで再エネ発電出力予測値取得部２１は、例えばユーザが入力装置２００１に入力した再エネ発電出力予測値１０７を取得し、これをデータベース１２に格納する。

ステップＳ２７の蓄電池運転計画決定処理では、蓄電池運転計画作成部１１が、再エネ発電出力予測値１０７（Ｐ_ｐｖ）をパラメータとする電力料金の計画期間における積分値を目的関数とし、蓄電池充放電出力制限モデル２０を制約条件として目的関数を最小化する蓄電池運転計画１０４を作成する。また、蓄電池運転計画作成部１１は作成した蓄電池運転計画１０４をデータベース１２に格納する。

＜Ｂ−３．効果＞
実施の形態２に係る蓄電池運転計画作成装置２において、各種情報を取得する情報取得部は、再生可能エネルギー発電設備の計画期間における発電量予測値Ｐ_ｐｖを取得し、電力料金の目的関数は、発電量予測値Ｐ_ｐｖをパラメータとして含む。従って、実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加え、再生可能エネルギー発電設備の出力を考慮した上で、電力料金を最小にする蓄電池の運転計画を作成できる。

＜Ｃ．実施の形態３＞
実施の形態３では、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備が設置されている場合に、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備からの熱供給を考慮した、蓄電池運転計画および自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の運転計画を作成する。自然冷媒ヒートポンプ給湯設備とは、ヒートポンプで湯を沸かし、沸かした湯を給湯タンクに貯蔵し、給湯タンクに貯蔵した湯から必要に応じて熱供給を行う設備である。

＜Ｃ−１．構成＞
図８は、実施の形態３に係る蓄電池運転計画作成装置３の構成を示すブロック図である。蓄電池運転計画作成装置３は、実施の形態１に係る蓄電池運転計画作成装置１の構成に加えて、熱供給計画取得部２２と、給湯運転計画出力部２３とをさらに備える。また、蓄電池運転計画作成装置３は、実施の形態１における蓄電池運転計画作成部１１に代えて、蓄電池運転計画および給湯運転計画を作成する運転計画作成部２４を備えている。

熱供給計画取得部２２は、熱供給計画１０９を、例えばユーザからの入力を受けて取得する。熱供給計画１０９は、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の給湯タンクから供給する湯の熱量の、計画期間における時間推移の予測値を示すものである。熱供給計画取得部２２は、取得した熱供給計画１０９をデータベース１２に格納する。

運転計画作成部２４は、実施の形態１で説明した電力料金Ｃ（ｔ）の計画期間における積分値を目的関数として、制約条件の下で当該目的関数を最小にする蓄電池運転計画１０４および給湯運転計画１１０を作成する。給湯運転計画１１０は、計画期間において、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備が湯を沸かすために投入する電気エネルギーの時間推移を示すものである。

ここで、上記の制約条件には、実施の形態１と同様の蓄電池充放電出力制限モデル２０だけでなく、熱供給計画１０９を満たすことが含まれる。熱供給計画１０９を満たす状態とは、より具体的には、熱供給計画１０９を満たす熱量の湯が自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の給湯タンクに予め貯蔵されている状態を示している。

運転計画作成部２４で作成された蓄電池運転計画１０４および給湯運転計画１１０は、データベース１２に格納され、蓄電池運転計画１０４は蓄電池運転計画出力部１７から、給湯運転計画１１０は給湯運転計画出力部２３から、それぞれ装置外部に出力される。

＜Ｃ−２．動作＞
運転計画作成部２４は、蓄電池運転計画１０４および給湯運転計画１１０の作成にあたり、熱供給計画１０９を制約条件とするために、給湯特性モデル２５および給湯タンク放熱特性モデル２６を取得する。これらのモデルは、演算用設定データ取得部１３が取得し、データベース１２に格納した演算用設定データ１０５に含まれている。

給湯特性モデル２５は、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の成績係数（ＣＯＰ：ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を示すモデルである。ＣＯＰは消費電力あたりの熱量を示しており、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備に関して言えば、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備が電力から熱にエネルギーを変換する際に必要な消費電力と、作り出す熱との比を表している。ＣＯＰは、外気温および給湯タンクの水温により変化する。給湯タンクの水温が一定と仮定したとき、ＣＯＰの外気温特性は図１０に示すものとなり、以下の式で表される。

なお、式（１０）でＴｏ（ｔ）は時刻ｔにおける外気温であり、ａ_ｃｏｐ、ｂ_ｃｏｐは自然冷媒ヒートポンプ給湯設備に固有のモデル係数である。

ここで、説明している給湯特性モデル２５は、ＣＯＰのパラメータを外気温のみとしており、ＣＯＰが簡単な一次方程式で記載されているが、上述した給湯タンクの水温や、その他、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備がお湯を沸かす際の到達温度、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の性能によってＣＯＰは変化する。従って、こうした要素もＣＯＰのパラメータに含めることにより、給湯特性モデル２５を高度化してもよい。

給湯タンク放熱特性モデル２６は、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備が沸かした湯を給湯タンクに保管している間の、給湯タンクからの放熱量を定めるモデルである。給湯タンクの放熱特性は、時刻ｔの放熱量をＨ（ｔ）とすると、放熱係数ｋ、時刻ｔの貯湯温度をＴｔ（ｔ）、時刻ｔの外気温Ｔｏ（ｔ）、時刻ｔの貯湯量Ｑ（ｔ）をパラメータとして、以下の式で表される。

式（１１）では、貯湯温度と外気温との差に放熱係数と貯湯量を積算したものを放熱量とした。しかし、給湯タンクの形状によっては放熱量が貯湯量に比例するとは限らないので、給湯タンクの形状に応じたパラメータを導入してもよい。また、給湯タンクの複数個所で外気温および貯湯温度の温度計測を行う等、計測点を増やすことにより入力情報を増やして、給湯タンク放熱特性モデル２６をより高度化することも可能である。

運転計画作成部２４は、蓄電池温度モデル１９、蓄電池充放電出力制限モデル２０、給湯特性モデル２５、給湯タンク放熱特性モデル２６および熱供給計画１０９を制約条件として、計画期間における電力料金の目的関数を最小化する蓄電池運転計画１０４および給湯運転計画１１０を作成する。目的関数を最小化する演算方法は、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

なお、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備は、連続値を指定可能とは限らず、運転と停止のみ選択可能な機器や、有限の種類の運転モードを持つ機器等、離散的な値を指定する必要がある機器もある。このような場合、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の運転を離散変数として定式化し、例えば二分探索、または遺伝的アルゴリズム等を適用することにより給湯運転計画１１０を作成しても良い。

図９は、実施の形態３に係る蓄電池運転計画作成装置３の動作を示すフローチャートである。図９に示すステップＳ３１〜Ｓ４０のうちステップＳ３１，Ｓ３３〜Ｓ３６は、図５に示すステップＳ１１〜Ｓ１５と同様であるため、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３２では、熱供給計画取得部２２が、熱供給計画１０９を取得する。ここで熱供給計画取得部２２は、例えばユーザが入力装置２００１に入力した計画期間内の熱需要予測値を熱供給計画１０９として取得し、これをデータベース１２に格納する。

演算用設定データ取得部１３は、演算用設定データ１０５を取得し、これをデータベース１２に格納する。データベース１２に格納される演算用設定データ１０５には、蓄電池温度モデル１９、蓄電池充放電出力制限モデル２０、給湯特性モデル２５、および給湯タンク放熱特性モデル２６が含まれている。これらのモデルを運転計画作成部２４がデータベース１２から取り出し、各モデルの設定処理を行う（ステップＳ３５，３６，３７，３８）。

ステップＳ３９では、運転計画作成部２４は、上述の４つのモデルと熱供給計画１０９を制約条件として、電力料金の目的関数を最小化する蓄電池運転計画１０４および給湯運転計画１１０を作成し、これをデータベース１２に格納する。

そして、蓄電池運転計画１０４は蓄電池運転計画出力部１７から、給湯運転計画１１０は給湯運転計画出力部２３から、それぞれ装置外部へ出力される（ステップＳ４０）。

＜Ｃ−３．効果＞
実施の形態３に係る蓄電池運転計画作成装置３において、各種情報を取得する情報取得部は、ヒートポンプで沸かし給湯タンクに貯蔵した湯から熱供給を行う自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の、計画期間における熱供給量の予測値を熱供給計画として取得し、運転計画作成部は、熱供給計画を満たす熱量の湯が給湯タンクに貯蔵されることを制約条件として、電力料金の目的関数を最小化する蓄電池運転計画、および自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の計画期間における運転計画を作成する。従って、実施の形態１の効果に加えて、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備が設置されている場合に、その熱供給計画による制約を満足しつつ、電力料金が最小値となる蓄電池運転計画および給湯運転計画を作成することができる。

また、蓄電池運転計画作成装置３は、自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の成績係数（ＣＯＰ）と、給湯タンクの放熱特性とに基づき、熱供給計画による制約を満足しつつ、電力料金が最小値となる蓄電池運転計画および給湯運転計画を作成することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１，２，３蓄電池運転計画作成装置、１１蓄電池運転計画作成部、１２データベース、１３演算用設定データ取得部、１４電力消費計画取得部、１５時間帯別料金情報取得部、１６外気温予測値取得部、１７蓄電池運転計画出力部、１８売買電計画出力部、１９蓄電池温度モデル、２０蓄電池充放電出力制限モデル、２１再エネ発電出力予測値取得部、２２熱供給計画出力部、２３給湯運転計画出力部、２４運転計画作成部、２５給湯特性モデル、２６給湯タンク放熱特性モデル、１０１時間帯別料金情報、１０２電力消費計画、１０４蓄電池運転計画、１０５演算用設定データ、１０６売買電計画、１０９熱供給計画、１１０給湯運転計画、２００１入力装置、２００２二次記憶装置、２００３主記憶装置、２００４ＣＰＵ、２００５出力装置。

Claims

将来の計画期間における蓄電池の充電量および放電量の推移を蓄電池運転計画として作成する蓄電池運転計画作成装置であって、
前記計画期間において時間により変動する電力の売買に関する料金情報を取得する情報取得部と、
前記蓄電池の充放電により変化する前記蓄電池の内部温度特性を取得する蓄電池温度特性取得部と、
前記蓄電池の内部温度に対応して定められた、前記計画期間における前記蓄電池の充電量および放電量の絶対値の上限である出力条件を取得する出力条件取得部と、
プログラムを格納する主記憶装置と、
前記プログラムを実行するＣＰＵと、を備え、
前記ＣＰＵは、前記プログラムを実行することによって、
前記蓄電池の充電量および放電量ならびに前記料金情報をパラメータに含む前記計画期間における電力料金の目的関数を作成する目的関数作成部と、
前記蓄電池の内部温度特性と前記出力条件を制約条件として、前記目的関数を最小化する最適化問題を解くことにより前記蓄電池運転計画を作成する運転計画作成部と、して機能する、
蓄電池運転計画作成装置。
前記情報取得部は、再生可能エネルギー発電設備の前記計画期間における発電量予測値を取得し、
前記電力料金の目的関数は、前記発電量予測値をパラメータとして含む、
請求項１に記載の蓄電池運転計画作成装置。
将来の計画期間における蓄電池の充電量および放電量の推移を蓄電池運転計画として作成する蓄電池運転計画作成装置であって、
前記計画期間において時間により変動する電力の売買に関する料金情報を取得する情報取得部と、
前記蓄電池の充放電により変化する前記蓄電池の温度特性を取得する蓄電池温度特性取得部と、
前記蓄電池の温度に対応して定められた、前記計画期間における前記蓄電池の充電量および放電量の出力条件を取得する出力条件取得部と、
プログラムを格納する主記憶装置と、
前記プログラムを実行するＣＰＵと、を備え、
前記情報取得部は、ヒートポンプで沸かし給湯タンクに貯蔵した湯から熱供給を行う自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の、前記計画期間における熱供給量の予測値を熱供給計画として取得し、
前記ＣＰＵは、前記プログラムを実行することによって、
前記蓄電池の充電量および放電量ならびに前記料金情報をパラメータに含む前記計画期間における電力料金の目的関数を作成する目的関数作成部と、
前記蓄電池温度特性、前記出力条件、および前記熱供給計画を満たす熱量の湯が前記給湯タンクに貯蔵されることを制約条件として、前記電力料金の目的関数を最小化する最適化問題を解くことにより、前記蓄電池運転計画、および前記自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の前記計画期間における運転計画を作成する運転計画作成部と、して機能する、
蓄電池運転計画作成装置。
前記運転計画作成部は、前記自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の成績係数であるＣＯＰと、前記給湯タンクの放熱特性とに基づき、前記蓄電池運転計画および前記自然冷媒ヒートポンプ給湯設備の前記計画期間における運転計画を作成する、
請求項３に記載の蓄電池運転計画作成装置。