JP7245625B2 - 受電点電力予測装置、受電点電力予測方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、需要家の受電点における電力量を予測する受電点電力予測装置等に関する。

デマンドレスポンスは、電力の需要と供給とのバランスをとる取り組みとして注目されている。デマンドレスポンスは、電力需要が増大して供給に余裕がないときに、需要家に電力の使用を抑制するように電力消費パターンを変化させたり、電力需要に余裕があるときに、需要家に電力の使用を促すように電力消費パターンを変化させたりする。例えば、電力会社または系統運用機関から消費を減らすデマンドレスポンスの指示を受けると、需要家がその要請に応えて蓄電池に蓄電した電力を自己消費することが行われる。

また、ＶＰＰ（Virtual Power Plant）は、点在する小規模なエネルギーリソースを統合制御し、あたかも一つの発電所のように機能させている。ＶＰＰを活用すると、電力の需要家が節電や自家発電によって削減した電力消費を発電したものと見なして、電力会社が買い取ったり市場で取引したりすることが可能である。このような行為は、例えばデマンドレスポンスによって行われる。なお、需要家において節電や自家発電によって削減される消費電力量は、通常は受電点に設置された電力メータの値に基づいて算出されたデマンドレスポンスの指示によって制御される。

特許文献１には、デマンドレスポンスに参加する電力需要家において節電要請にしたがって節電可能な電力量であるネガワットの期待値を、過去の電力需要実績に基づいて算出することが記載されている。

特開２０１８－１１２７９６号公報（２０１８年７月１９日公開）

しかしながら、電力需要家が太陽光発電システムによって発電を行っている場合は、受電点に設置された電力メータで計測される過去の電力需要実績に発電電力量が含まれる。太陽光発電システムによる発電電力量は例えば天候等によって左右されるので、太陽光発電システムを導入済みである需要家に対して特許文献１に記載の技術を適用し、該需要家におけるネガワットの期待値を適切に算出することが難しいという問題があった。換言すれば、過去の電力需要実績には需要家における生活パターンに基づいて変化する消費電力量と、天候等によって変化する発電電力量という２つの変動要素が含まれているので、特許文献１に記載の技術を用いて２つの変動要素の両方を考慮した適切なネガワットの期待値は算出できないという問題があった。

本発明の一態様は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、デマンドレスポンスにおいてネガワットを算出する基準となる、受電点における電力量を精度よく予測する受電点電力予測装置等を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る受電点電力予測装置は、需要家の消費電力量の予測値と、太陽電池モジュールによる発電電力量の予測値とを合算し、前記需要家の受電点における電力量である受電点電力量の予測値を算出する構成である。

本発明の一態様に係る受電点電力予測方法は、需要家の消費電力量の予測値と、太陽電池モジュールによる発電電力量の予測値とを合算し、前記需要家の受電点における電力量である受電点電力量の予測値を算出する方法である。

本発明の一態様によれば、受電点電力量を精度よく予測することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る電力システムの要部構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る電力システムが導入された需要家の概要を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る受電点電力予測装置が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１～図３を用いて詳細に説明する。

（電力システムの構成）
まず、電力システム２００について説明する。図２は、本実施形態に係る電力システム２００の構成を示すブロック図である。図２において、各部を接続する配線について、信号線を実線で示し、電力線を破線で示している。

図２に示すように、電力システム２００は、制御装置２と、太陽電池モジュール３（発電装置）と、蓄電池４と、パワーコンディショナ５と、分電盤６と、ルータ７と、端末装置８と、スマートメータ９とを備えている。制御装置２、太陽電池モジュール３および分電盤６は、一般家屋などの電力需要のある建屋に設けられている。蓄電池４、パワーコンディショナ５およびスマートメータ９は、屋外に設けられている。ただし、蓄電池４およびパワーコンディショナ５については建屋内に設けられていてもよい。

電力システム２００は、デマンドレスポンスにおいてネガワットを算出する基準となる、系統電力網１０と需要家との間の財産上の区分点である受電点Ｐにおける電力量を予測するシステムである。予測した電力量は、サーバ１からデマンドレスポンスの要請がなかった場合に想定される電力需要量の所定の時間帯における変動を時間に対応させて表すベースラインを作成するために用いられる。電力システム２００は、予測した電力量についてサーバ１へ送信してもよい。

通常の動作では、蓄電池４は、太陽電池モジュール３から出力された電力を蓄える電池であり、必要に応じて放電してパワーコンディショナ５に電力を出力する。

パワーコンディショナ５は、太陽電池モジュール３の発電電力が常に最大となるように太陽電池モジュール３の動作電圧を制御し、太陽電池モジュール３または蓄電池４から出力される直流電力を交流電力に変換して、分電盤６に供給する。また、パワーコンディショナ５は、太陽電池モジュール３の発電電力から、蓄電池４に蓄えられる電力および分電盤６に接続された負荷（図１に示す機器１０２）に供給する電力を差し引いて残る余剰電力を系統電力網１０に逆潮流させる。また、太陽電池モジュール３から負荷に供給される電力が少ない場合、蓄電池４に電力を放電させ、系統電力網１０を介して電力会社から買電する買電電力量ができる限り少なくなるように制御する。

パワーコンディショナ５は、太陽電池モジュール３が発電した発電電力量と、蓄電池４が充電した充電電力量と、蓄電池４が放電した放電電力量とを計測する。また、パワーコンディショナ５は、太陽電池モジュール３の発電時の電力（発電電力）と、蓄電池４の充電時の電力（充電電力）と、蓄電池４の放電時の電力（放電電力）とを計測する。

分電盤６は、パワーコンディショナ５または系統電力網１０からの交流電力を建屋に配備されたコンセントに分岐させる装置であり、各種のブレーカを有している。分電盤６は、コンセントを介して建屋に設けられた機器１０２に交流電力を供給する。

ルータ７は、建屋内に存在する端末装置８とのＬＡＮ通信を中継するブロードバンドのルータである。また、ルータ７は、制御装置２とＬＡＮケーブルを介して接続されており、制御装置２との間で有線ＬＡＮ通信を行なう。また、ルータ７はネットワーク１００（インターネット）と接続されている。

制御装置２は、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）の制御機能を有する装置である。具体的には、制御装置２は、建屋で消費されるエネルギー（電力）の情報を集約したり、家電等の各種の機器１０２の操作を一元化したりするなどの機能を有する装置である。制御装置２は、スマートメータ９から電力量情報を収集して、後述するサーバ１（図１参照）に提供する。また、制御装置２は、ルータ７を介して建屋内の端末装置８と有線または無線のＬＡＮ通信することにより、各種の情報を端末装置８に送信する。また、制御装置２は、ネットワーク１００を介して、サーバ１に電力情報をアップロードする。

さらに、制御装置２は、電力システム２００が導入された需要家の受電点における電力量を予測する受電点電力予測装置として機能し、受電点電力量の予測値を算出することができる。算出した予測値について、制御装置２はサーバ１にアップロードすることができる。また、受電点電力量の予測はサーバ１側で行ってもよい。この場合、制御装置２は予測に必要な各種データをサーバ１へ送信し、該サーバ１は受信した各種データを用いて受電点電力量の予測値を算出する。

端末装置８は、ＬＡＮあるいは公衆無線網の通信機能と表示機能とを備えた装置である。端末装置８は、スマートフォン、タブレット端末、あるいは、ノートパソコンなどの携帯型の機器であってもよいし、壁などに取り付けられる固定型の機器であってもよい。

スマートメータ９は、建屋で使用するために系統電力網１０を介して電力会社１０１（図１参照）から買電する電力量（買電電力量）、および電力会社１０１に売電する電力量（売電電力量）をデジタルにて計測する機器である。換言すれば、スマートメータ９は需要家と系統電力網１０との間の受電点Ｐにおける受電点電力量を取得することができる。また、スマートメータ９は、電力需給画面を作成するために必要な買電の瞬時電力（買電電力）および売電の瞬時電力（売電電力）も計測する。スマートメータ９は、通信機能を有していることから、外部と通信を行って計測した電力量データを送信することができる。このため、スマートメータ９は、分電盤６および系統電力網１０と電力線で接続されている。

（電力システムの構成）
図１は、電力システム２００の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、電力システム２００は、サーバ１（アグリゲーションサーバ）と、制御装置２とを備えている。

サーバ１は、電力会社１０１から受けたデマンドレスポンス（以降、ＤＲと称する）に基づいて、ネガワット取引を契約している複数の需要家、またはＶＰＰへの参加を契約している複数の需要家の集団に対してＤＲの指令を発するアグリゲーションサーバとして機能する。すなわち、制御装置２が設けられている需要家は、外部のサーバ１からの指示（ＤＲの指令）に基づいて受電点電力量を抑制可能である。

なお、サーバ１は、アグリゲータによって運営されてもよいし、アグリゲータと連携したＨＥＭＳサーバによって運営されてもよい。また、サーバ１は、電力会社１０１単独で運営されてもよいし、アグリゲータを兼ねる電力会社１０１や、連携した電力会社１０１、アグリゲータおよびＨＥＭＳサーバによって運営されてもよい。

なお、制御装置２は、図１において、便宜上、１つのみ示されているが、需要家ごとに設けられている。制御装置２は、ネットワーク通信部２１と、スマートメータ通信部２２と、パワーコンディショナ通信部２３と、データ収集部２４と、ＤＲ制御部２５と、記憶部２６と、消費電力量算出部２７と、受電点電力量予測部２８とを備えている。なお、サーバ１にて受電点電力量の予測を行う場合、記憶部２６、消費電力量算出部２７、および受電点電力量予測部２８については、サーバ１が備えることが好ましい。

また、図１において、制御装置２は、便宜上、上述したＨＥＭＳの制御機能の部分を含むようには示されておらず、ＤＲの制御機能の部分を含むように示されている。

ネットワーク通信部２１は、ネットワーク１００を介してサーバ１と通信する部分である。ネットワーク通信部２１は、ルータ７を介してネットワーク１００に接続されている。

スマートメータ通信部２２は、スマートメータ９と通信を行うことにより、スマートメータ９から受電点電力量を含む種々の電力量（売電電力量や買電電力量）のデータおよび電力（売電電力および買電電力）のデータを受信して、データ収集部２４に出力する。

パワーコンディショナ通信部２３は、パワーコンディショナ５と通信する部分である。パワーコンディショナ通信部２３は、パワーコンディショナ５が計測した、発電電力量、充電電力量、放電電力量、発電電力、充電電力および放電電力の各データを受信して、データ収集部２４に出力する。

データ収集部２４は、上記の各電力量および各電力のデータを、スマートメータ通信部２２およびパワーコンディショナ通信部２３を介して収集して、記憶部２６に収集および蓄積（記憶）する。図示の例によれば、データ収集部２４は、スマートメータ９から受電点Ｐにおける電力量である受電点電力量を収集し、パワーコンディショナ５から太陽電池モジュール３による発電電力量、および蓄電池４の放電電力量を収集することができる。データ収集部２４は、サーバ１から取得したＤＲ指令を記憶部２６に収集および蓄積（記憶）することができる。データ収集部２４が各データを収集するタイミングは、特に限定されないが、定期的（例えば３０分間隔）であってもよい。

ＤＲ制御部２５は、ネットワーク通信部２１を介してサーバ１から取得したＤＲ指令に基づいて、蓄電池４および太陽電池モジュール３への制御指示を、パワーコンディショナ通信部２３を介してパワーコンディショナ５に与える。また、ＤＲ制御部２５は、ネットワーク通信部２１を介して取得したＤＲ指令に基づいて、機器１０２への制御指示をネットワーク通信部２１およびルータ７を介して機器１０２に与える。機器１０２は、空気調和機、照明、テレビ等のネットワーク通信機能を備えた外部からの制御が可能な機器である。ルータ７には、少なくとも１つの機器１０２が接続されている。すなわち、制御装置２はサーバ１からの指示に基づいて受電点電力量を抑制するために、機器１０２へ制御指示を送信することができる。

消費電力量算出部２７は、記憶部２６から受電点電力量等の履歴を取得し、取得した種々の履歴を用いて需要家における消費電力量の実績値を算出（生成）する。消費電力量算出部２７が消費電力量の実績値を算出する具体例については後述する。

受電点電力量予測部２８は、消費電力量算出部２７が算出した消費電力量の実績値等を用いて受電点電力量の予測値を算出する。受電点電力量予測部２８が受電点電力量の予測値を算出する具体例については後述する。

（消費電力量算出部の動作）
消費電力量算出部２７が、消費電力量の実績値を算出する動作の具体例について説明する。以下の説明において、記憶部２６には受電点電力量の履歴、太陽電池モジュール３が発電した発電電力量の履歴、蓄電池４が充電した充電電力量の履歴、蓄電池４が放電した放電電力量の履歴、およびＤＲ指令の履歴が格納されているものとする。

消費電力量算出部２７は記憶部２６から各種履歴を取得する。そして、蓄積した発電電力量から受電点電力量を減算して受電点Ｐにおける消費電力量の実績値を算出する。このとき、蓄電池４が放電中であれば放電電力量を加算し、充電中であれば充電電力量をさらに減算した結果を消費電力量の実績値として算出してもよい。また、ＤＲ指令に基づいて受電点電力量が抑制されていれば、受電点電力量から発電電力量を減算し、さらに抑制量を加算することで受電点Ｐにおける消費電力量を算出してもよい。すなわち、受電点電力量に抑制量を加算する補正を行うことで、抑制されなかった場合に想定される消費電力量を算出してもよい。

このようにして算出された消費電力量の実績値は、太陽電池モジュール３の発電状況や蓄電池４の充放電状況、およびＤＲ指令に基づく受電点電力量の抑制状況に依らない、需要家における正味の消費電力量の履歴である。したがって、履歴の取得時期ごとに消費電力量の実績値を算出すると、消費電力量の経時的な変化を把握することができる。

（受電点電力量予測部の動作）
受電点電力量予測部２８が、受電点電力量の予測値を算出する動作の具体例について説明する。以下の説明において、記憶部２６には受電点電力量の履歴、太陽電池モジュール３が発電した発電電力量の履歴、蓄電池４が充電した充電電力量の履歴、蓄電池４が放電した放電電力量の履歴、およびＤＲ指令の履歴が格納されているものとする。また、消費電力量算出部２７において消費電力量の実績値を算出済みであるものとする。

まず、受電点電力量予測部２８は、消費電力量算出部２７が算出した消費電力量の実績値を用いて消費電力量の予測値を算出する。消費電力量の予測値は、例えば需要家における電力の消費パターン等に基づいて公知の方法で算出することができる。

次に、受電点電力量予測部２８は、発電電力量の予測値を算出する。発電電力量の予測値は、例えば発電電力量の履歴やネットワーク１００を介して取得したカレンダ情報や天気予報等の情報に基づいて公知の方法で算出することができる。

その後、受電点電力量予測部２８は、消費電力量の予測値と発電電力量の予測値とを合算することで、受電点電力の予測値を算出する。

このようにして算出された受電点電力の予測値は、需要家における電力の消費パターンや天候等の影響といった、受電点電力を変動させ得る複数の要素を考慮した予測値である。

（処理の流れ）
本実施形態において、制御装置２が実行する処理の流れについて、図３を用いて説明する。図３は、制御装置２が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、消費電力量算出部２７は、記憶部２６に記憶されている受電点電力量の過去の履歴の中に、ＤＲ指令に基づいて該受電点電力量が抑制されたものが存在するか否かを判定する（Ｓ１）。受電点電力量が抑制された履歴が存在すると判定した場合（Ｓ１でＹＥＳ）、消費電力量算出部２７は抑制量を該履歴に加算することで補正を行う（Ｓ２）。その後、処理はＳ３へ進む。一方、受電点電力量が抑制された履歴が存在しないと判定した場合（Ｓ１でＮＯ）、処理はＳ３へ直接進む。

Ｓ３において、消費電力量算出部２７は、記憶部２６から受電点電力量等の履歴を取得し、取得した種々の履歴を用いて過去の消費電力量を算出する（Ｓ３）。その後、受電点電力量予測部２８は、Ｓ３で算出された過去の消費電力量を用いて、消費電力量の予測値を算出する（Ｓ４）。受電点電力量予測部２８はさらに、発電電力量の予測値を算出する（Ｓ５）。

Ｓ５の後、受電点電力量予測部２８は、Ｓ４で算出した消費電力量の予測値とＳ５で算出した発電電力量の予測値とを合算して、受電点電力量の予測値を算出する（Ｓ６）。

以上の処理によって、本実施形態に係る制御装置２は、デマンドレスポンスにおいてネガワットを算出する基準となる、受電点における電力量を精度よく予測することができる。

〔変形例〕
前記実施形態１では制御装置２が受電点電力量予測装置として機能したが、他の装置が受電点電力量予測装置としての機能を備えてもよい。例えば、サーバ１や端末装置８がルータ７を介して種々の情報を取得し、受電点Ｐにおける受電点電力量の予測値を算出してもよい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
受電点電力予測装置２の制御ブロック（特に消費電力量算出部２７および受電点電力量予測部２８）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、受電点電力予測装置２は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、前記コンピュータにおいて、前記プロセッサが前記プログラムを前記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。前記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。前記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、前記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、前記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して前記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、前記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る受電点電力予測装置は、需要家の消費電力量の予測値と、太陽電池モジュールによる発電電力量の予測値とを合算し、前記需要家の受電点における電力量である受電点電力量の予測値を算出する構成である。

前記の構成によれば、受電点電力予測装置はユーザの生活パターン等によって変化する消費電力量と、例えば時間帯や天気等によって変化する発電電力量とを個別に予測した予測値を合算し、受電点電力量の予測値を算出することができる。これにより、受電点電力量を精度よく予測することができる。

本発明の態様２に係る受電点電力予測装置は、前記態様１において、前記受電点電力量と、前記発電電力量とを取得および蓄積し、蓄積した前記発電電力量から前記受電点電力量を減算して消費電力量を算出し、前記消費電力量を用いて前記消費電力量の予測値を算出する構成としてもよい。

前記の構成によれば、受電点電力予測装置は消費電力量を取得および蓄積しなくても、発電電力量から受電点電力量を減算して該消費電力量を得ることができる。

本発明の態様３に係る受電点電力予測装置は、前記態様１または２において、蓄電池の充電電力量を取得および蓄積し、蓄積した前記発電電力量から前記受電点電力量を減算し、さらに前記充電電力量を減算することで前記消費電力量を算出する構成としてもよい。前記の構成によれば、受電点電力予測装置は蓄電池の充電電力量を考慮した、より精度の高い受電点電力量を予測することができる。

本発明の態様４に係る受電点電力予測装置は、前記態様１から３のいずれかにおいて、蓄電池の放電電力量を取得および蓄積し、蓄積した前記発電電力量から前記受電点電力量を減算し、さらに前記放電電力量を加算することで前記消費電力量を算出する構成としてもよい。前記の構成によれば、受電点電力予測装置は蓄電池の放電電力量を考慮した、より精度の高い受電点電力量を予測することができる。

本発明の態様５に係る受電点電力予測装置は、前記態様１から４のいずれかにおいて、前記需要家は外部のアグリゲーションサーバからの指示に基づいて前記受電点電力量を抑制可能であり、前記受電点電力量の抑制量を取得および蓄積し、蓄積した前記発電電力量から前記受電点電力量を減算し、さらに前記抑制量を加算することで前記消費電力量を算出する構成としてもよい。前記の構成によれば、受電点電力予測装置は過去の履歴が受電点電力量の抑制を含むものであった場合は該抑制を除外して受電点電力量を予測することができる。

本発明の態様６に係る受電点電力予測方法は、需要家の消費電力量の予測値と、太陽電池モジュールによる発電電力量の予測値とを合算し、前記需要家の受電点における電力量である受電点電力量の予測値を算出する方法である。前記の構成によれば、前記態様１と同様の作用効果を奏する。

本発明の各態様に係る受電点電力予測装置２は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記受電点電力予測装置２が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記受電点電力予測装置２をコンピュータにて実現させる受電点電力予測装置２の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

２００ 電力システム
１ サーバ（アグリゲーションサーバ）
２ 制御装置（受電点電力予測装置）
２７ 消費電力量算出部
２８ 受電点電力量予測部
３ 太陽電池モジュール
４ 蓄電池
８ 端末装置
１０２ 機器

Claims (5)

1. 需要家の消費電力量の予測値と、太陽電池モジュールによる発電電力量の予測値とを合算し、前記需要家の受電点における電力量である受電点電力量の予測値を算出し、
   前記受電点電力量と、前記発電電力量とを取得および蓄積し、
   蓄積した前記発電電力量から前記受電点電力量を減算して消費電力量を算出し、
   前記消費電力量を用いて前記消費電力量の予測値を算出する
   ことを特徴とする受電点電力予測装置。
2. 蓄電池の充電電力量を取得および蓄積し、
   蓄積した前記発電電力量から前記受電点電力量を減算し、さらに前記充電電力量を減算することで前記消費電力量を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の受電点電力予測装置。
3. 蓄電池の放電電力量を取得および蓄積し、
   蓄積した前記発電電力量から前記受電点電力量を減算し、さらに前記放電電力量を加算することで前記消費電力量を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の受電点電力予測装置。
4. 需要家の消費電力量の予測値と、太陽電池モジュールによる発電電力量の予測値とを合算し、前記需要家の受電点における電力量である受電点電力量の予測値を算出し、
   蓄積した前記発電電力量から前記受電点電力量を減算して消費電力量を算出し、
   前記消費電力量を用いて前記消費電力量の予測値を算出する
   ことを特徴とする受電点電力予測装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の受電点電力予測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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