JP7215013B2

JP7215013B2 - 需給計画装置

Info

Publication number: JP7215013B2
Application number: JP2018151039A
Authority: JP
Inventors: 英幸近藤; 浩一郎吉見
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2038-08-10
Also published as: JP2020027383A

Description

本発明は、需給計画装置に関する。

近年、電力システムでは、従来のように大規模な集中型電源を中心とするのではなく、再生可能エネルギーを利用する発電設備やエネルギーを蓄電する蓄電設備などを分散配置する分散型電源の活用が期待されている。また、需要家の電力需要を制御することによって、電力の供給量に応じて電力の需要量を削減することが期待されている。

需要家の電力需要を制御する場合、系統運用事業者等の電力の供給側の事業者が契約を結んでいる需要家へ電力需要の制御を依頼する。しかしながら、近年は供給側の事業者と需要家との仲介を行うアグリゲータと呼ばれる事業者が登場している。

アグリゲータは、複数の需要家と契約を結び、定期的に各需要家の電力需給状況を把握する。そして、供給側の事業者から電力需要の制御（以下、アグリゲーションサービスと記載することがある）を依頼された場合、アグリゲータは、各需要家に対してそれぞれの電力需給状況に適した電力需要の制御指令を行い、アグリゲーションサービスの依頼達成を図る。アグリゲーションサービスの依頼を達成すると、供給側の事業者はアグリゲータに対して報酬を支払い、アグリゲータは電力需要の制御を実施した需要家に対して報酬を支払う。

一方、需要家に電力の使用を抑制させる技術として、いわゆるデマンドレスポンスがある。デマンドレスポンスの要請を受けると、インセンティブ報酬等を踏まえて需給計画が策定され、コストの最適なデマンドレスポンス応答量が算出される。ただし、デマンドレスポンスでは、電力需要の制御量の量的な義務が発生することはなく、事前の量的な取り決め無しで制御量の調整が行われる点で、仮想発電所（Virtual Power Plant（VPP））と異なる。

VPPの場合は、アグリゲータが発電量もしくはネガワット量を一定量過不足無く調達する必要があるため、需要家に制御要請を行う場合も、定量的な取り決めを行い、一定誤差の範囲内で電力需要の制御量を守ってもらう必要がある。要請に対して制御量が未達となると、需要家は報酬を得られず、場合によってはペナルティも発生する。そもそも不可能な要請量を発しないために、１つの方法としては、事前に電力需要の制御可能量の問い合わせを行い、その範囲内で制御要請を行う方法がある。

需要家においては、サービス要請（制御要請）に応えて電力需要の制御を行えば利益を得ることができる。ただし、電力需要の制御要請があるかどうかは、制御可能量の回答時点では不明であり、VPPサービスのために容量を確保しておくことは無駄が多い。需要家が所有する設備は基本的には需要家内で使用するための設備であるため、VPP用には未使用時間帯などの余力分のみを活用することが一般的である。

特開２０１２‐１９６１２２号公報特開２０１７‐０２８９８３号公報

デマンドレスポンスの場合は、実際に要請があってから、応答すべき時間帯も報酬もわかった上で制御量を算出すればよいため、そのまま需給計画の最適計算に当てはめることができる。また、デマンドレスポンスは、使用電力の抑制量に量的な義務が無く、抑制できた量に応じてコストメリットが得られるという単純なものである。

一方、VPPにおいては、デマンドレスポンスとは異なり、制御可能量の問い合わせ等の量的な取り決めが事前に必要であり、電力需要の制御量に量的な義務が発生する。

電力需要の制御可能量を事前に問い合わせる場合、制御可能量の応答の時点では、実際の要請はまだ無く、実際に要請される時間帯も不明なため、最適計算に当てはめることができない。量的な義務もあるため、無暗に大きな制御可能量を応答すると、その義務を果たすことができないおそれもある。そのため、需要家内で使用する本来の需給計画に沿って各設備を運転する前提で、各設備の余力分のみを制御可能量として応答することになる。その結果、応答できる制御可能量が必要以上に小さくなるおそれがある。また、このとき応答する制御可能量は、コスト計算がなされていないため、VPPの制御要請に応えて制御しても、果たしてコストメリットがあるかどうかが不明であり、十分なコストメリットが得られないおそれもある。

さらに、制御可能量の事前の問い合わせの時点では、VPPの制御要請のある時間帯がわからないため、蓄電設備等を用いた電力シフト等を活用して、元々の需給計画で決められた制御可能量を超える制御可能量を事前に確保することもできない。そのため、応答できる制御可能量が必要以上に小さくなるおそれがある。

そこで、本開示は、電力需要の適切な制御可能量を応答できる需給計画装置を提供する。

本開示は、
電力需要の制御可能量の問い合わせに対して前記制御可能量を応答した後に前記制御可能量の応答範囲内で仮想発電所における事業者から要請される制御要請に基づいて、電力の需給計画を立てる需給計画装置であって、
少なくとも一つの蓄電池の入出力・蓄電量特性及び運用制約、並びに前記制御要請に応えることによって得られるメリットを加味して前記制御可能量を算出する計算部と、
前記問い合わせに対して、前記計算部により算出される前記制御可能量を応答する応答部とを備える、需給計画装置を提供する。

本開示の技術によれば、電力需要の適切な制御可能量を応答できる。

一実施形態のアグリゲーション装置を含むシステム構成例を示す概要図である。需要家の電力系統の一例を示す図である。需給計画システムの系統モデルの一例を示す図である。一実施形態のアグリゲーション装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。一実施形態のアグリゲーション装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

以下、本開示に係る実施形態を図面を参照して説明する。

＜アグリゲーション装置を含むシステム構成例＞
図１は、一実施形態のアグリゲーション装置を含むシステム構成例を示す概要図である。図１に示すアグリゲーション装置１は、需給計画装置の一例である。アグリゲーション装置１は、仮想発電所における電力の供給事業者Ｐ等から電力需要の抑制又は促進の制御要請、すなわち、アグリゲーションサービスの実行依頼を受け取る。そして、アグリゲーション装置１は、その受け取った制御要請の内容に応じて、アグリゲータＡが契約する各需要家Ｕ（Ｕ１及びＵ２）に電力需要の抑制又は促進の制御指令を出力する装置である。

図１に示す構成例では、アグリゲーション装置１は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信ネットワークＮを介して供給事業者Ｐや電力市場Ｍに接続される。アグリゲーション装置１は、供給事業者Ｐからアグリゲーションサービスの実行依頼を受ける。供給事業者Ｐは、需要家Ｕ１及びＵ２に電力を供給する組織である。供給事業者Ｐには、系統運用事業者、小売事業者、及び発電事業者等が含まれてもよく、アグリゲーション装置１は複数の供給事業者Ｐに接続されてもよい。なお、図１に示す一例では、アグリゲータＡがアグリゲーション装置１を保有するが、供給事業者Ｐがアグリゲーション装置１を保有してもよい。電力市場Ｍは、電力需要の制御量を取引する組織である。

また、図１に示す構成例では、アグリゲーション装置１は、アグリゲータＡと契約している需要家Ｕが保有する電気設備ＥＥを制御するコントローラＣに接続される。また、アグリゲーション装置１は、電気設備ＥＥの出力を計測する電力メータＰＭ１、及び需要家Ｕの電力需要を計測する電力メータＰＭ２に接続される。なお、図１には、２つの需要家Ｕ１及びＵ２が示されているが、需要家Ｕの数は任意であってよい。電気設備ＥＥは、アグリゲーションサービスでの電力の制御対象となる設備であり、電力を消費する負荷設備であってもよいし、電力を供給する発電設備であってもよい。また、図１に示すように、需要家Ｕは、制御対象である電気設備ＥＥ以外に負荷設備ＬＥや発電設備ＰＥを保有してもよく、全ての設備は、需要家Ｕ域内の送配電設備（需要家内の電力系統１１）にて接続される。需要家Ｕ域内の送配電設備は連系点を介して商用電力系統（外部電力系統１０）に接続される。

なお、図１に示す需要家Ｕ２のように、アグリゲーション装置１と需要家Ｕの各設備との間にエネルギーマネジメントシステムＥＭＳが挟まれてもよい。エネルギーマネジメントシステムＥＭＳは、需要家Ｕ内の電力メータＰＭ１及びＰＭ２の計測データを受信し、需要家Ｕにとって最適な設備運転計画を作成し、該計画に基づいて各設備の制御を行う。設備運転計画には、発電設備の発電計画、蓄電設備の充放電計画、及び負荷設備の計画が含まれ得る。エネルギーマネジメントシステムＥＭＳは、アグリゲーション装置１に電気設備情報を送信し、アグリゲーション装置１から制御指令を受信した場合には、制御指令と需要家Ｕの設備運転計画との整合をとった上で電気設備ＥＥの制御を行う。

図２は、需要家の電力系統の一例を示す図である。

簡単のため電力設備のみが示されているが、電力と同様に、熱についてもエネルギー管理を行うことができる。電力を消費する熱源設備や、電力と熱を両方出力するコージェネレーションなどに見られるように、電力と熱は相互に関連しているため、双方を含めて全体で最適計画を立てるのが一般的である。

ここで、需要家とは、VPPの契約対象者であるが、必ずしも電力を消費する電力需要家のみに限らなくてもよい。需要家は、単独で発電事業を行うほどではないとしても、小規模ながら発電設備を保有し、場合によっては売電利益を得る事業体も含まれてもよい。

発電機、コージェネレーション及び燃料電池などの発電設備１２は、発電により需要家内の電力系統１１に電力を供給し、発電設備１２のコストとして、燃料費がある。運転開始時の起動費等を、燃料費とは別にコスト加算してもよい。

自然エネルギー発電装置１３も、発電により需要家内の電力系統１１に電力を供給するが、保守管理費や補機の負荷等を除けば、その運転コストはかからない。自然エネルギー発電装置１３の発電出力は、気象条件次第であるので、需給計画を策定するにあたっては、一般的に気象予測などから予測される。発電が多過ぎる場合には、発電抑制制御が行われてもよい。

蓄電池１４は、放電にて電力系統１１に電力を供給し、充電にて電力系統１１から電力を吸収する。直接的にはコストはかからないが、充放電ロスが発生することが間接的にコストに影響する。

電力負荷１５は、需要家にて発生する電力需要であり、電力系統１１から吸収される電力である。電力の需給計画を策定するにあたっては、電力の需要予測により電力の需要量が予測する。

系統受電は、外部電力系統１０から需要家内の電力系統１１に電力を供給することをいう。電力会社から電気を買うコストとして、電力料金が発生する。電力料金として、電力使用量に応じた従量料金のほかに、契約電力に応じた基本料金が発生するため、ある程度ピークカットを行うと、全体的なコストは安くなる。

売電は、需要家内の電力系統１１から電力を吸収し、外部電力系統１０に放出することをいう。発電設備１２等にて得られた電力を活用して売電し、売電料金に応じた利益が得られる。

図３は、需給計画システムの系統モデルの一例を示す図である。

需給計画システムでは、電力系統の構成をモデル化して、コストメリットを最大化する（コストを最小化する、もしくは利益を最大化する）ことを目的関数とした最適化問題を解くことで、需給計画が策定される。図３の電力系統においては、発電機の燃料費や起動費、外部電力系統１０から電力を受電する際の電力料金、電力を売った場合の売電利益などがコストとなる。

本実施形態のアグリゲーション装置１は、需給計画システムに使用する系統モデルとして、各設備のモデルに加え、VPP対応部４０として、ベースライン、需要抑制、需要促進およびVPP蓄電池のモデルを使用する。

本実施形態のアグリゲーション装置１は、以下の３ステップの最適化計算を行って、需要家の需給計画の策定およびVPPの電力需要の制御可能量を算出する。
（１）図３に示す系統モデルのうちVPP対応部４０を含まないモデルを用いて、需要家内の電力の需給計画を策定する。
（２）VPP対応部４０のうち、電力需要を抑制するモデル（需要抑制モデル）およびVPP蓄電池のモデルを稼働して、需要抑制用の制御可能量（需要抑制可能量）を算出する。
（３）VPP対応部４０のうち、電力需要を促進するモデル（需要促進モデル）およびVPP蓄電池のモデルを稼働して、需要促進用の制御可能量（需要促進可能量）を算出する。

次に、図３に示す各モデルについて説明する。

ベースラインは、VPPの制御要請に応えて電力需要の増減を行った際に、どれだけ貢献したかを測るための基準である。予め決められた手法により、過去の需要実績等から算出される。

需要抑制モデルと需要促進モデルについては、同時に活用されるものではない。アグリゲーション装置１は、需要抑制用の制御可能量の計算と需要促進用の制御可能量の計算とを、それぞれ別々に行うため、その際に対応する方のモデルを活用する。

需要抑制モデルは、例えば、系統受電電力をベースラインよりも低下させることを目的の一つとする。需要抑制モデルは、需要家の電力系統１１から電力を吸収し、系統貢献量に応じてインセンティブ収入を得る。需要抑制時の系統貢献量は、系統受電電力のベースラインからの低下量に相当する。

インセンティブは、予めVPP事業者との契約にて決められた値でもよいし、VPPの制御要請による電力需要の制御可能量の問い合わせ時に通知される値でもよい。つまり、インセンティブは、事前に決められた料金である。インセンティブが十分に高い場合、需要抑制モデルは、インセンティブの利益を得るため、電力系統１１から電力を吸収する。一方、コントローラＣは、電力系統１１の需給バランスを満たすため、発電設備１２の出力を上げる動作、蓄電池１４を放電させる動作、系統受電電力を増やす動作のうちの少なくともいずれかが行われるように各設備の動作を制御する。

前二者の場合は、発電設備１２や蓄電池１４から電力系統１１に電力が放出されるが、実際には需要抑制の設備は無いため、需要抑制モデルが吸収する電力分、系統受電の電力が下がることになる。つまり、需要抑制モデルが吸収する電力量が、VPPの制御要請（この場合、需要抑制要請）に応えられる電力需要の制御可能量に相当する。後者の系統受電電力を増やす動作の場合は、系統受電電力が増えた分を需要抑制モデルが吸収することになるが、実際には需要抑制の設備は無いため、その分の系統受電は増えない。すなわち、実際の系統受電量は、系統受電モデルの量から需要抑制モデルが吸収する量を引いて残った量となる。この場合は、発電設備１２や蓄電池１４に余力が無いか、余力があってもインセンティブよりもコストがかかりメリットがないことを意味しており、VPPの制御要請（この場、需要抑制要請）に応えられる電力需要の制御可能量が無いことを表す。

需要促進モデルは、太陽光発電等が多く接続されている系統において、過剰発電となった場合の過剰供給を抑えるためのモデルであり、系統受電電力を上昇させることを目的の一つとする。需要促進モデルは、需要家の電力系統１１に電力を放出し、系統貢献量に応じてインセンティブ収入を得る。需要促進時の系統貢献量は、系統受電電力のベースラインからの上昇量に相当する。

需要促進モデルは、電力系統１１に電力を放出する。一方、コントローラＣは、電力系統１１の需給バランスを満たすため、発電設備１２の出力を下げる動作、蓄電池１４を充電する動作、系統受電電力を減らす動作のうち少なくともいずれかが行われるように各設備の動作を制御する。

この場合、コストの不利益が無いため、条件さえ許せば、発電設備１２は停止し、蓄電池１４は最大出力で充電され、系統受電電力は零まで下がることになる。実際には需要促進の設備は無いので、需要促進モデルが放出する分の電力は系統受電から賄われなければならない。そのため、系統受電電力と需要促進モデルからの放出電力とを合算した分が実際の系統受電量であり、この系統受電量は、系統受電の上限すなわち契約電力の制約を受ける。

上述の通り、需要抑制も需要促進も、最終的には外部電力系統１０からの系統受電または外部電力系統１０への売電に還元され、契約電力等の制限も受ける。よって、需要抑制も需要促進も、独立した設備のモデルではなく、外部電力系統１０の一部のモデルとみなすことができる。

VPP蓄電池は、本来の蓄電池１４のモデルを、制御可能量の計算用に改めたモデルである。具体的には、蓄電電力量による出力への制約が除外される。蓄電池１４は、その蓄電池１４の電力の制御可能量を算出する場合、本来は、蓄電池１４の出力電力量と蓄電池１４の蓄電電力量の双方を検討することが要求される。発電設備のように燃料さえあれば出力を維持できる設備と異なり、蓄電池１４は蓄電電力量の範囲内でしか出力できないため、長時間にわたって出力を維持することはできない。VPPからの要請時には、要請される時間帯と時間の長さが決まっているため一定の量を出力可能だが、制御可能量の問い合わせ時には、どの時間帯にどれだけの長さのVPP要請があるかがわからず、制御可能量を算出できない。

しかし、制御可能量の算出においては、実際に使用する場合の需給計画を立てる場合とは異なり、余力があることを示せればよいため、蓄電電力量による出力への制約を除外することで、制御可能量を算出することができる。ただし、需要家が本来の用途で蓄電池１４を使用する場合は、その分は余力とするわけにはいかない。そのため、アグリゲーション装置１は、本来の需給計画で余力の保持と逆方向に使用している場合（需要抑制用に放電余力を確保したいが、本来の需給計画で放電している場合）は、蓄電電力量による出力への制約を除外せずに蓄電電力量を計算する。また、蓄電電力量と出力との関係性の制約を除外してしまうと、充電時の電力調達コストがかからなくなり、蓄電池１４は無料で放電できる電力源となってしまう。そこで、通常の蓄電池１４とは異なり、VPP蓄電池には放電時のコスト概念が導入されている。放電時コストは、充電時の電力コストに基づいて算出される。

＜アグリゲーション装置のハードウェア構成例＞
図４は、一実施形態のアグリゲーション装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。アグリゲーション装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、記憶装置２２、ネットワークＩ／Ｆ（interface）２３、入力Ｉ／Ｆ２４、及び出力Ｉ／Ｆ２５を備える。アグリゲーション装置１は、ＰＣ（Personal Computer）、サーバ、又はワークステーション等の情報処理装置、すなわち、コンピュータであってもよい。

ＣＰＵ２１は、アグリゲーション装置１が行う各種処理を実現するための演算と各種データの加工とを行う演算装置である。また、ＣＰＵ２１はアグリゲーション装置１が備えるハードウェアを制御する制御装置である。

記憶装置２２は、アグリゲーション装置１が使うデータ、プログラム、及び設定値等を記憶する。記憶装置２２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリである。なお、記憶装置２２は、ハードディスク等の補助記憶装置を備えてもよい。

ネットワークＩ／Ｆ２３は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して接続する装置と各種データ等を送受信する。例えば、ネットワークＩ／Ｆ２３は、ＮＩＣ（Network Interface Controller）及びＬＡＮケーブルを接続するコネクタ等である。なお、ネットワークＩ／Ｆ２３は、ネットワークを利用するＩ／Ｆに限られず、ケーブル、無線又はコネクタ等によって外部装置と送受信するＩ／Ｆであってもよい。

入力Ｉ／Ｆ２４は、アグリゲーション装置１を使うユーザ（例えば、アグリゲータＡ）とのインタフェースである。具体的には、入力Ｉ／Ｆ２４は、ユーザが行う各種操作を入力する。例えば、入力Ｉ／Ｆ２４は、キーボード等の入力装置及び該入力装置をアグリゲーション装置１に接続するコネクタ等によって構成される。

出力Ｉ／Ｆ２５は、アグリゲーション装置１を使うユーザ（例えば、アグリゲータＡ）とのインタフェースである。具体的には、出力Ｉ／Ｆ２５は、アグリゲーション装置１が行う各種処理の処理結果等をユーザに出力する。例えば、出力Ｉ／Ｆ２５は、ディスプレイ等の出力装置及び該出力装置をアグリゲーション装置１に接続するコネクタ等である。

なお、アグリゲーション装置１は、各ハードウェア資源による処理等を補助する補助装置を更に備えてもよい。また、アグリゲーション装置１は、各種処理を並列、冗長又は分散して処理するための装置を内部又は外部に更に備えてもよい。さらに、アグリゲーション装置１は、複数の情報処理装置で構成されてもよい。

＜アグリゲーション装置の機能構成例＞
図５は、一実施形態のアグリゲーション装置の機能構成の一例を示すブロック図である。図５に示す一例では、アグリゲーション装置１は、入力部３１、出力部３２、通信部３３、データベース３４、制御部３５、及び計算部３６を含む。図５の各制御ブロックの機能は、記憶装置２２に読み出し可能に記憶されるプログラムによってＣＰＵ２１が動作することにより実現される。

入力部３１及び出力部３２は、ユーザインタフェースである。例えば、入力部３１は、ユーザ（例えば、アグリゲータＡ）の入力操作を受け付ける操作入力手段で実現され、出力部３２は、ユーザが出力を視認できるように、表示画面等を表示する出力手段で実現される。

入力部３１は、アグリゲーション装置１に入力されるデータを制御部３５に送る。入力部３１は、例えば、ネットワークＩ／Ｆ２３又は入力Ｉ／Ｆ２４等によって実現される。

出力部３２は、制御部３５から送られる入力応答結果及び計算結果等のデータを出力する。出力部３２は、例えば、ネットワークＩ／Ｆ２３又は出力Ｉ／Ｆ２５等によって実現される。

通信部３３は、供給事業者Ｐ、電力市場Ｍ、及び需要家ＵのコントローラＣ、電力メータＰＭ１、ＰＭ２若しくはエネルギーマネジメントシステムＥＭＳと所定の通信方式によって通信する。例えば、通信部３３は、アグリゲーションサービスの実行依頼や、アグリゲータＡが依頼される具体的な制御量を供給事業者Ｐ等から受信する。通信部３３は、例えば、ネットワークＩ／Ｆ２３等によって実現される。通信部３３は、応答部の一例である。

データベース３４は、アグリゲーション装置１が入力部３１若しくは通信部３３によって取得した、又は計算部３６等が生成した実績データ、予測データ、計画データ、及び設備データ等を記憶する。データベース３４は、例えば、記憶装置２２等によって実現される。例えば、アグリゲーション装置１がアグリゲーションサービスの実施を依頼された場合、アグリゲーションサービス実施時における各需要家Ｕのベースラインと、該アグリゲーションサービスを実施しなかった場合の各需要家Ｕの実際の電力需要とがデータベース３４に蓄積される。なお、アグリゲーションサービスを実施しなかった場合の各需要家Ｕの実際の電力需要は、各需要家Ｕのベースラインと、アグリゲーションサービスの実施時に各需要家Ｕが行った実際の制御量とを加算することで取得可能である。アグリゲーションサービス実施時における各需要家Ｕの実際の制御量は、例えば、各需要家ＵのコントローラＣ及び電力メータＰＭ１及びＰＭ２から通信部３３を介して取得し得る。

制御部３５は、データ及び信号等を処理又は加工し、アグリゲーション装置１が備える各部とデータ等を送受信する。制御部３５は、例えば、ＣＰＵ２１等によって実現される。

計算部３６は、ベースライン計算部３６１、計画作成部３６２、制御指令作成部３６３、及び制御実績計算部３６４を含む。例えば、計算部３６は、各需要家Ｕに対する制御指令を作成し、作成した制御指令を通信部３３を介して各需要家Ｕに送信する。計算部３６は、例えば、ＣＰＵ２１等によって実現される。

計算部３６が備える各部の詳細を以下で説明する。

ベースライン計算部３６１は、アグリゲータＡが契約している各需要家Ｕに対するベースラインをアグリゲータＡが指定したタイミングで計算する。また、ベースライン計算部３６１は、需要家Ｕのベースラインを集計してアグリゲータＡに対するベースラインをアグリゲータＡが指定したタイミングで計算する。ベースライン計算部３６１は、例えば、所定のガイドラインで決められた方法に従ってベースラインを計算してもよい。

計画作成部３６２は、需要家Ｕ毎の電力の需給計画を作成する。需要家Ｕ毎の需給計画は、アグリゲーションサービス実施時間帯における電力需要の制御の有無及び制御実施パターンを含む。計画作成部３６２が行う需給計画作成方法の一例を以下に説明する。

計画作成部３６２は、アグリゲータＡの目的を満たす需要家Ｕの需給計画を作成するための最適化問題の数理モデル（数式）を作成する。アグリゲータＡの目的には、例えば、アグリゲーションサービスに対する成功確度を高くすること、アグリゲータＡの収益を多くすること、需要家Ｕの収益を多くすることなどが挙げられる。なお、作成する最適化問題としては、例えば、組み合わせ最適問題を用いることが可能である。

最適化問題では、目的関数と制約条件を定式化する。目的関数は、最適化計算において最大化あるいは最小化したい値を定式化したものであり、制約条件は、最適化において満足しなければならない条件を定式化したものである。

制御指令作成部３６３は、アグリゲーション装置１が供給事業者Ｐ等からアグリゲーションサービスの実行依頼を受信した際に、アグリゲータＡと契約している全て或いは一部の需要家Ｕに送信する制御指令を作成する。通信部３３は、作成された制御指令を各需要家Ｕへ送信する。

需要家Ｕへの制御指令の内容は、アグリゲーションサービスの実施時間帯の内、当該需要家Ｕに対する需給計画の制御実施パターンにより指定された区分時間帯において、計画作成部３６２により生成された制御量を指示することである。例えば、制御指令作成部３６３は、ベースラインに制御量を加算した値である電力需要の目標値を、制御指令として作成してもよい。

制御実績計算部３６４は、アグリゲーションサービスの終了後に、アグリゲーションサービスの実施時間帯における各需要家Ｕの制御実績とアグリゲータＡの制御実績とを計算する。制御実績は、アグリゲーションサービスの実施時間帯におけるベースラインと消費電力実績との差分である。制御実績計算部６４は、制御実績データをデータベース３４に記録する。

＜最適化計算の詳細＞

次に、計算部３６の計画作成部３６２が行う最適化計算について説明する。本実施形態の需給計画では、例えば、計画作成部３６２は、制御要請に応えることによって得られるコストメリットを最大化する（コストを最小化する、もしくは利益を最大化する）ことを目的関数として、制約条件を満たす範囲で制御可能量の最適化計算を行う。制約条件の例として、
需給制約：接続された設備の需要と供給が等しいとする制約
設備制約：出力上下限制約、出力変化率制約、入出力特性などの設備固有の制約
運用制約：設備の運転条件、決定済みの設備運転計画などの設備稼働状態の制約
などの制約がある。

各種の制約や特性を線形または区分線形で表すと、この最適化問題は混合整数線形問題として定式化し解くことができる。

目的関数は、例えば、以下のように定義される。

目的関数内の各項は、或るタイミングtで制御要請に応えることによって生じるコストや、或るタイミングtで制御要請に応えることによって得られる利益を表す。例えば、VC_dec(t), VC_inc(t)は、それぞれ、或るタイミングtで需要抑制要請に応えることによって得られる需要抑制利益、或るタイミングtで需要促進要請に応えることによって得られる需要促進利益を表す。VBC(t)は、或るタイミングtで生ずる蓄電池の放電時コストを表す。

需給制約は、設備の接続状態にしたがって、以下のように定義される。

例えば、VPP_dec(t), VPP_inc(t)は、それぞれ、或るタイミングtで需要抑制要請に応えられる電力需要抑制用の制御可能量、或るタイミングtで需要促進要請に応えられる電力需要促進用の制御可能量を表す。

或る時刻tにおける制御可能量は、物理量が電力（例えば、単位はkW）である出力可能量と、物理量が電力量（例えば、単位はkWh）である容量可能量を含む。また、或る期間Tにおける制御可能量は、後述の数式２２および２４に記載される出力可能量と容量可能量から算出されてもよい。

本実施形態では、計画作成部３６２は、上述の通り、３つのモデル構成に下記のように切り替えて制御可能量の計算を行うため、それぞれの計算の際に一部のデータを無効化する。

設備制約は、例えば、以下のように定義される。

＜発電設備１２の制約＞
下記の例では、出力上下限制約と出力変化率制約を設定した。入出力特性は燃料入力に対して電気出力を一次関数近似とした。ここでは電気出力のみを記載しているが、蒸気や温水等の熱出力についても同様に定義できる。コスト特性は、従量燃料費のほかに起動費も定義した。

［出力上下限制約］

［出力変化率制約］

［入出力特性］

［コスト特性］

＜蓄電池１４の制約＞
［出力上下限制約］

［蓄電電力量上下限量制約］

＜外部電力系統１０の制約＞
［出力上下限制約］

［受電・売電コスト特性］

［VPP需要抑制時のコスト特性］

［VPP需要促進時のコスト特性］

＜VPP蓄電池の制約＞
VPP蓄電池は、制御可能量の計算時に本来の蓄電池１４と切り替えて使用する。VPP蓄電池は、複数の蓄電池を合算して１台の蓄電池とみなしたモデルとする。

［出力上下限制約］

［蓄電電力量上下限制約］

［需要抑制時の入出力・蓄電量特性］

この［需要抑制時の入出力・蓄電量特性］の制約は、状態変数による制約ではなく、VPP対応部４０のモデルを使用せずに策定された需給計画から得られた蓄電池出力結果より導出される。よって、蓄電電力量VBS(t)は、一意に算出される。

［需要抑制時のコスト特性］

この［需要抑制時のコスト特性］の制約は、状態変数による制約ではなく、VPP対応部４０のモデルを使用せずに策定された需給計画から得られたコストおよび出力の結果と前項で求めた蓄電電力量VBS(t)より導出される。よって、充電電力単価VBC_ch(t)は、一意に算出される。

VPP対応部４０がないモデルの時点tにおける充電電力単価BC_ch(t)は、下記の式で求める。分子は、調達コストと発電コストの総和を表し、分母は、調達電力と発電電力と蓄電出力との総和を表す。

［需要促進時の入出力・蓄電量特性］

［需要促進時のコスト特性］

次に、最適化計算の実施手順について説明する。計画作成部３６２は、以下の手順に沿って、上記の制約条件の下で最適化計算を行う。

（１）VPP対応部４０なしのモデルによる需要家需給計画の策定
計画作成部３６２は、図３に示す系統モデルのうちVPP対応部４０を含まないモデルを用いて、需要家内の電力の需給計画を策定する。計画作成部３６２は、下記の条件を付与して最適化計算を実施し、仮の需要家需給計画を策定する。

ここで策定した需給計画は、実際の運用に用いられるほかに、「（２）需要抑制可能量の導出」および「（３）需要促進可能量の導出」にて、VPP蓄電池の蓄電量特性およびコスト特性の算出に用いられる。

（２）需要抑制可能量の導出
計画作成部３６２は、VPP対応部４０を含むモデルを用いて、下記の条件を付与して最適化計算を実施し、VPP需要抑制時の制御可能量を導出する。

VPP事業者に応答する制御可能量には、例えば、出力可能量（kW）および容量可能量（kWh）が含まれる。計画作成部３６２は、これらの制御可能量を、下記式に従って算出する。

（３）需要促進可能量の導出
計画作成部３６２は、VPP対応部４０を含むモデルを用いて、下記の条件を付与して最適化計算を実施し、VPP需要促進時の制御可能量を導出する。

したがって、本実施形態によれば、VPPに接続する需要家において、コストメリットを最大化する制御可能量をVPPに応答することができ、VPPへの参加機会や貢献量およびインセンティブ報酬を拡大することができる。

本実施形態では、需要家の需給計画の策定の仕方に着目している。VPPでは、前日など事前にVPP要請に応じられる制御可能量についての問い合わせがあり、その問い合わせに対して応答した制御可能量の応答範囲内で制御要請が発せられる。制御可能量の問い合わせの時点では、VPPサービスの制御要請はまだ無い。制御要請が無い状態で需給計画を策定するため、制御可能量としては余力分のみしか応えられず、VPP制御可能量が小さくなるおそれがある。

しかしながら、VPPからの制御要請がある前提で需給計画を作成すれば、VPP要請に応えて報酬を得た方が、需要家内用途で使用するよりもコストメリットがあるかもしれない。また、蓄熱設備などのエネルギー貯蔵型の設備の場合は、エネルギーの時間シフトができるため、VPPからの制御要請がある前提で需給計画を作成すれば、設備の使用時間を変更することで、VPPの制御可能量をより拡大できる可能性がある。

そこで、本実施形態では、仮想発電所に接続する電力需要または電力供給またはその双方を含む電力システムにおいて、仮想発電所における事業者からの制御要請に応えることによって得られる利益を含めた利益総計を最大化するための制御が行われる。つまり、本実施形態に係るアグリゲーション装置１は、制御要請に応えることによって得られるメリットを加味して制御可能量を算出する計算部３６と、電力需要の制御可能量の問い合わせに対して、計算部により算出される制御可能量を応答する通信部３３とを備える。これにより、制御要請に応えることによって得られるメリットが加味された適切な制御可能量を応答することができる。このメリットの一例として、コストメリットが挙げられ、コストメリットが最大になるように制御可能量が算出されることが好ましい。また、コストメリット等のメリットが得られるタイミングが制御可能量の算出に加味されることで、より適切な制御可能量の算出及び応答が可能となる。

また、VPPのサービス形態には、複数の制御要請が存在し、例えば、電力需要の抑制を要請する需要抑制要請と電力需要の促進を要請する需要促進要請とがある。そのため、それぞれの制御要請に対する最適な制御可能量は異なる。

そこで、本実施形態に係るアグリゲーション装置１は、仮想発電所における事業者から要請される制御要請に需要抑制および需要促進という異なるサービスが存在する場合、それぞれのサービスに応じた制御可能量の最適値を別々に算出し応答できる。このように、異なる制御要請に応じた適切な制御可能量の算出及び応答が可能となる。

以上、需給計画装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、需給計画装置は、アグリゲータＡ又は供給事業者Ｐが保有するアグリゲーション装置に限られず、アグリゲーション装置の代わりに、需要家が保有するコントローラＣ又はエネルギーマネジメントシステムＥＭＳ等の制御装置でもよい。

また、制御要請に応えることによって得られるメリットは、コストメリットに限られず、例えば、二酸化炭素の発生量の低減メリットなどの他のメリットでもよい。例えば、需給計画装置は、二酸化炭素の発生量の低減メリットを最大化することを目的とする目的関数を利用する最適化問題を解くことによって、制御可能量の最適値を算出し、電力の需給計画を立ててもよい。

また、需給計画装置が行う上述の需給計画方法を実現する機能（例えば、図５の各制御ブロックの機能）は、コンピュータに各機能を実現させるプログラムによって提供可能である。また、各制御ブロックの機能は、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又は、上記のプログラム等のコンピュータプログラムプロダクトによって提供可能である。記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

１アグリゲーション装置
１０外部電力系統
１１需要家内の電力系統
１２発電設備
４０ VPP対応部
３３通信部（応答部の一例）
３６計算部

Claims

電力需要の制御可能量の問い合わせに対して前記制御可能量を応答した後に前記制御可能量の応答範囲内で仮想発電所における事業者から要請される制御要請に基づいて、電力の需給計画を立てる需給計画装置であって、
少なくとも一つの蓄電池の入出力・蓄電量特性及び運用制約、並びに前記制御要請に応えることによって得られるメリットを加味して前記制御可能量を算出する計算部と、
前記問い合わせに対して、前記計算部により算出される前記制御可能量を応答する応答部とを備える、需給計画装置。
前記計算部は、前記制御要請に応えることによって得られるコストメリットを加味して前記制御可能量を算出する、請求項１に記載の需給計画装置。
前記計算部は、前記コストメリットが最大になるように前記制御可能量を算出する、請求項２に記載の需給計画装置。
前記計算部は、前記コストメリットが得られるタイミングを加味して前記制御可能量を算出する、請求項２又は３に記載の需給計画装置。
前記計算部は、前記メリットが得られるタイミングを加味して前記制御可能量を算出する、請求項１に記載の需給計画装置。
前記計算部は、蓄電池の放電時コストを加味して前記制御可能量を算出する、請求項１から５のいずれか一項に記載の需給計画装置。
前記計算部は、前記放電時コストが生ずるタイミングを加味して前記制御可能量を算出する、請求項６に記載の需給計画装置。
前記制御要請は、電力需要の抑制を要請する需要抑制要請と、電力需要の促進を要請する需要促進要請とを含み、
前記計算部は、前記需要抑制要請に応えることによって得られる需要抑制利益を加味して電力需要抑制用の制御可能量を算出し、前記需要促進要請に応えることによって得られる需要促進利益を加味して電力需要促進用の制御可能量を算出する、請求項２から６のいずれか一項に記載の需給計画装置。
前記計算部は、前記需要抑制利益が得られるタイミングを加味して電力需要抑制用の制御可能量を算出し、前記需要促進利益が得られるタイミングを加味して電力需要促進用の制御可能量を算出する、請求項８に記載の需給計画装置。
前記運用制約は、前記蓄電池の運転計画を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の需給計画装置。
前記制御要請は、電力需要の抑制を要請する需要抑制要請と、電力需要の促進を要請する需要促進要請とを含み、
前記計算部は、需要抑制時の前記蓄電池の入出力・蓄電量特性及びコスト特性、並びに前記需要抑制要請に応えることによって得られる需要抑制利益を加味して電力需要抑制用の制御可能量を算出し、需要促進時の前記蓄電池の入出力・蓄電量特性及びコスト特性、並びに前記需要促進要請に応えることによって得られる需要促進利益を加味して電力需要促進用の制御可能量を算出する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の需給計画装置。