JP6664264B2 - 蓄電池運転計画作成装置 - Google Patents

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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(Central Processing Unit)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(Random Access Memory)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(Hard Disk Drive)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。
Figure 0006664264
式(1)において、Kwiは充電による発熱比率の係数、Kwoは放電による発熱比率の係数、Kto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。
Figure 0006664264
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。
Figure 0006664264
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。
Figure 0006664264
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Ppv(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。
Figure 0006664264
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Ppv(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Ppv(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(Ppv)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予測値Ppvを取得し、電力料金の目的関数は、発電量予測値Ppv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:Coefficient of Performance)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。
Figure 0006664264
なお、式(10)でTo(t)は時刻tにおける外気温であり、acop、bcop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。
Figure 0006664264
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、2004 CPU、2005 出力装置。

Claims (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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、
    電池運転計画作成装置。
  4. 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。
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JP5540698B2 (ja) * 2009-12-28 2014-07-02 富士電機株式会社 電力系統計画作成装置および電力系統計画作成方法
JP5447282B2 (ja) * 2010-08-11 2014-03-19 新神戸電機株式会社 自然エネルギー利用システム用鉛蓄電池および鉛蓄電池システム
JP5739788B2 (ja) * 2011-11-15 2015-06-24 株式会社東芝 充放電計画立案システムおよび充放電計画立案方法
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