JP7347681B2 - 需給計画作成方法および需給計画作成装置 - Google Patents

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Description

本開示は、需給計画作成方法および需給計画作成装置に関する。
発電装置と蓄電池とを有する電力系統では、発電装置の運転および蓄電池の運用に係る需給計画を作成する際にコスト等の経済指標を目的関数とした最小化問題を演算する手法が用いられている。また、目的関数に対する制約条件として、発電機の最小運転継続時間および最小停止継続時間が考慮される。特許文献１，２では、最小運転継続時間および最小停止継続時間について、線形式において記述されている。
特開２０１４－０８２９３２号公報 特開２０１７－１４５３２５号公報
近年、より経済性の高い運用を行うためにより高頻度で需給計画を作成することが求められるため、需給計画を作成する際の起点時刻をより現在時刻に近い時間に設定することが検討されている。しかしながら、特許文献１，２記載の手法で規定した目的関数および制約条件では、需給計画の起点時刻が現在時刻または現在時刻に近い場合に、考慮すべき発電機の最小運転継続時間および最小停止継続時間を満足した解が得られない可能性がある。
本開示は上記を鑑みてなされたものであり、需給計画の起点時刻と現在時刻の関係によらず、需給計画を適切に作成することが可能な需給計画作成方法および需給計画作成装置を提供することを目的とする。
本開示の一形態に係る需給計画作成方法は、外部のエネルギー供給系統に接続されていると共に、燃料を消費しながらエネルギーを生成する１以上のエネルギー生成部と、前記エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部と、前記エネルギーを消費する負荷部とを有するマイクログリッドにおける、単位時間毎の前記エネルギー生成部の動作を特定する情報を含む需給計画を作成する需給計画作成方法であって、前記需給計画を作成する起点時刻における前記１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、前記エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件を用いて、前記マイクログリッドにおける前記外部のエネルギー供給系統からのエネルギー授受に関する項と、前記マイクログリッドにおける前記燃料の消費に関する項とを含む目的関数に関する最適化問題を演算することと、前記最適化問題の演算結果に基づいて、前記需給計画を出力することと、を含む。
本開示によれば、需給計画の起点時刻と現在時刻の関係によらず、需給計画を適切に作成することが可能な需給計画作成方法および需給計画作成装置が提供される。
図１は、実施形態の電力供給システムの概略図である。 図２は、電力供給システムに含まれるエネルギーマネジメントシステムの機能を説明する概略図である。 図３は、需給計画に含まれる発電機の動作計画の一例を示す図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、運転継続時間および停止継続時間の特定方法を説明する図である。 図５は、式（１１）に示す関係を模式的に示したものである。 図６は、エネルギーマネジメントシステムの出力部によるリコメンド通知の一例を示したものである。 図７は、エネルギーマネジメントシステムが実施する処理のフローチャートである。 図８は、エネルギーマネジメントシステムのハードウェア構成の一例を示す図である。
本開示の一形態に係る需給計画作成方法は、外部のエネルギー供給系統に接続されていると共に、燃料を消費しながらエネルギーを生成する１以上のエネルギー生成部と、前記エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部と、前記エネルギーを消費する負荷部とを有するマイクログリッドにおける、単位時間毎の前記エネルギー生成部の動作を特定する情報を含む需給計画を作成する需給計画作成方法であって、前記需給計画を作成する起点時刻における前記１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、前記エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件を用いて、前記マイクログリッドにおける前記外部のエネルギー供給系統からのエネルギー授受に関する項と、前記マイクログリッドにおける前記燃料の消費に関する項とを含む目的関数に関する最適化問題を演算することと、前記最適化問題の演算結果に基づいて、前記需給計画を出力することと、を含む。
上記の需給計画作成方法によれば、需給計画を作成する起点時刻における１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件を用いて、マイクログリッドにおける外部のエネルギー供給系統からのエネルギー授受に関する項と、マイクログリッドにおける燃料の消費に関する項とを含む目的関数に関する最適化問題を演算する。そして、この結果に基づいて、需給計画が出力される。このように、需給計画を作成する起点時刻における１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報に関する制約条件を用いることで、起点時刻が現在時刻であるかまたは現在時刻に近い場合であっても、需給計画を適切に作成することができる。
前記最適化問題として、混合整数線形計画問題に帰着させる態様とすることができる。
上記のように、最適化問題として、混合整数線形計画問題に帰着させる場合、最適化問題を解くまでの時間をある程度短く見積もることができる。そのため、需給計画の作成のプロセスを繰り返し行うことができ、マイクログリッドの状況に応じた適切な需給計画を作成することができる。
前記需給計画を作成する起点時刻は、現在時刻であるか、または、前記現在時刻から前記単位時間が１回経過する間に設定される態様とすることができる。
上記のように、需給計画が作成される起点時刻が現在時刻の近傍に設定される場合、これまでのエネルギー生成部の動作継続時間を考慮した最適化問題を演算する必要がある。これに対して、起点時刻が現在時刻であるか、または、現在時刻から単位時間が１回経過する間に設定される場合に起点時刻におけるエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間を考慮した制約条件を設定することで、起点時刻が現在時刻であるかまたは現在時刻に近い場合であっても、需給計画を適切に作成することができる。
また、前記最適化問題の演算結果について評価することをさらに含み、前記需給計画を出力することは、前記評価の結果に応じて出力内容を変化させる態様とすることができる。
上記のように最適化問題の演算結果を評価し、その結果に基づいて出力内容を変化させることにより、例えば、演算結果による需給計画がマイクログリッドにおけるコストの改善に効果的である場合にはその旨をユーザに提示できる一方で、演算結果による需給計画がマイクログリッドにおけるコスト改善にあまり効果的ではない場合もその旨をユーザに提示できる等、演算結果に応じたより詳細な情報を出力することが可能となる。
前記評価することは、前記最適化問題の演算結果を適用しない状態での前記マイクログリッドにおける運転状態によるコストと、前記最適化問題の演算結果を前記マイクログリッドに適用した際のコストと、の差分を評価することであり、前記需給計画を出力することにおいて、前記差分が閾値よりも大きい場合に前記最適化問題の演算結果を前記マイクログリッドに適用した際に低減できるコストに係る情報を出力する態様とすることができる。
上記のように、最適化問題の演算結果を適用しない状態での前記マイクログリッドにおける運転状態によるコストと、最適化問題の演算結果を前記マイクログリッドに適用した際のコストと、の差分を評価し、その結果が閾値よりも大きい場合に、コストに係る情報を出力する構成とした場合、ユーザに対してより具体的な情報を提示することが可能となるため、生成された需給計画の採否を含めてユーザが柔軟に対応することができる。
前記１以上のエネルギー生成部の現在時刻までの動作継続時間に係る情報を取得することをさらに含み、前記演算することにおいては、取得された前記１以上のエネルギー生成部の動作継続時間に係る情報に基づいた制約条件を用いる態様とすることができる。
上記のように、１以上のエネルギー生成部の動作継続時間に係る情報を取得し、この取得した情報に基づいた制約条件を用いて最適化問題を演算する構成とすることで、エネルギー生成部の現在時刻までの実際の動作継続時間を用いた演算を行うことができるため、実績に基づいてより適切な需給計画を作成することができる。
本開示の一形態に係る需給計画作成装置は、外部のエネルギー供給系統に接続されていると共に、燃料を消費しながらエネルギーを生成する１以上のエネルギー生成部と、前記エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部と、前記エネルギーを消費する負荷部とを有するマイクログリッドにおける、単位時間毎の前記エネルギー生成部の動作を特定する情報を含む需給計画を作成する需給計画作成装置であって、前記需給計画を作成する起点時刻における前記１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、前記エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件を用いて、前記マイクログリッドにおける前記外部のエネルギー供給系統からのエネルギー授受に関する項と、前記マイクログリッドにおける前記燃料の消費に関する項とを含む目的関数に関する最適化問題を演算する演算部と、前記最適化問題の演算結果に基づいて、前記需給計画を出力する出力部と、を含む。
上記の需給計画作成装置によれば、需給計画を作成する起点時刻における１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件を用いて、前記マイクログリッドにおける前記外部のエネルギー供給系統からのエネルギー授受に関する項と、前記マイクログリッドにおける前記燃料の消費に関する項とを含む目的関数に関する最適化問題を演算する。そして、この結果に基づいて、需給計画が出力される。このように、需給計画を作成する起点時刻における１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報に関する制約条件を用いることで、起点時刻が現在時刻であるかまたは現在時刻に近い場合であっても、需給計画を適切に作成することができる。
以下、添付図面を参照して、本開示を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［電力供給システム］
まず、図１および図２を参照して、電力供給システム１の概略構成について説明する。図１は、実施形態の電力供給システムの概略図である。また、図２は、電力供給システムに含まれるエネルギーマネジメントシステムの機能を説明する概略図である。電力供給システム１は、マイクログリッド２と、エネルギーマネジメントシステム３（需給計画作成装置）とを備えている。以下、「エネルギーマネジメントシステム」を「ＥＭＳ」という。マイクログリッド２は、管理部２１と、ＲＥ発電部２２と、発電部２３と、電力負荷部２４と、エネルギー貯蔵部２５と、受電電力測定部２６と、送電電力測定部２７と、を含む。マイクログリッド２では、基本的にはＲＥ発電部２２および発電部２３が出力する電力を、電力負荷部２４が消費する。
マイクログリッド２は、外部電力系統９０（外部のエネルギー供給系統）に接続されている。マイクログリッド２は、不足する電力を外部電力系統９０から受けることができる。すなわち、マイクログリッド２において要求される電力の一部が、外部電力系統９０から供給され得る。外部電力系統９０から供給される電力が受電電力測定部２６において測定される。
また、マイクログリッド２は、余剰する電力を外部電力系統９０に対して供給することができる。すなわち、マイクログリッド２のＲＥ発電部２２および発電部２３が出力する電力の一部を外部電力系統９０へ流出することができる。外部電力系統９０に対して供給される電力が送電電力測定部２７において測定される。
ただし、マイクログリッド２から外部電力系統９０への電力の流出（いわゆる逆潮流）は、外部電力系統９０の管理者との契約によって制限される場合がある。たとえば、外部電力系統９０における高圧配電系統の空き容量が不足しているという事情によって、逆潮流が禁止される。このため、本実施形態では、管理部２１は、基本的に逆潮流を発生させない場合について説明する。すなわち、マイクログリッド２において、発電された全ての電力が、電力負荷部２４、エネルギー貯蔵部２５において消費又は貯蔵される。
管理部２１は、外部電力系統９０に接続されている。管理部２１は、外部電力系統９０と、ＲＥ発電部２２と、発電部２３と、電力負荷部２４と、エネルギー貯蔵部２５との間における電力の流れを管理する。管理部２１は、ＥＭＳ３からの出力に応じて、例えば、ＲＥ発電部２２、および、エネルギー貯蔵部２５を制御する。
本実施形態において、管理部２１は、マイクログリッド２の運用形態を柔軟に変更できるように構成されている。管理部２１は、外部電力系統９０への逆潮流を発生することができるように構成されている。このため、管理部２１は、マイクログリッド２の運用形態の変更によって、例外的に逆潮流を発生させることができる。例えば、マイクログリッド２において発電された電力の一部が、外部電力系統９０に逆潮流されてもよい。
ＲＥ発電部２２は、再生可能エネルギー（Renewable Energy）により発電を行う。本実施形態において、ＲＥ発電部２２は、一例として太陽光発電設備を含む。ＲＥ発電部２２は、例えば、風力発電設備など他の再生可能エネルギーによる発電設備を含んでいてもよい。
ＲＥ発電部２２は、管理部２１からの制御指令に応じて、電力負荷部２４およびエネルギー貯蔵部２５に発電した電力を供給する。なお、ＲＥ発電部２２は、天候等の外部環境に応じて発電電力量が変動し得る。
発電部２３（エネルギー生成部）は、再生可能エネルギーとは異なる手法により発電を行う。本実施形態において、発電部２３は、ガスタービン、ガスエンジン等の燃料を用いて発電する発電設備（発電機）を含む。すなわち、発電部２３は、燃料を消費して発電を行う。ただし、発電部２３は上記の構成に限定されない。また、発電部２３は複数設けられていてもよく、それぞれが独立して動作してもよい。例えば、複数の発電機それぞれが発電部２３として独立に動作してもよい。
発電部２３は、管理部２１からの制御指令に応じて、電力負荷部２４およびエネルギー貯蔵部２５に発電した電力を供給する。例えば、発電部２３は、管理部２１からの制御指令に応じて発電電力量を調整する。
電力負荷部２４（負荷部）は、電力を消費する。電力負荷部２４は、例えば、電力需要家であり、受けた電力を所望の用途に使用する。
エネルギー貯蔵部２５は、マイクログリッド２内において電力を貯蔵及び放出する。本実施形態においてエネルギー貯蔵部２５は、例えば定置型の蓄電池である。エネルギー貯蔵部２５は、例えば、リチウムイオン電池（ＬｉＢ）である。エネルギー貯蔵部２５は、鉛蓄電池等の他の２次電池であってもよいし、フライホイール・バッテリなどの他の種類のエネルギー貯蔵装置であってもよい。また、エネルギー貯蔵部２５は、上記の電池およびエネルギー貯蔵装置等を組み合わせて構成されていてもよい。以下、本実施形態において、エネルギー貯蔵部２５における電力の貯蔵を「充電」といい、エネルギー貯蔵部２５における電力の放出を「放電」という。エネルギー貯蔵部２５は、管理部２１からの制御指令に応じて、マイクログリッド２内における電力を充放電する。エネルギー貯蔵部２５は、管理部２１からの制御指令に応じて、単位時間あたりに充電する充電電力量、又は、単位時間あたりに放電する放電電力量を調整する。
ＥＭＳ３は、マイクログリッド２に関する電力の需給計画を作成する機能を有する。図２に示されるように、ＥＭＳ３は、入力部１１、記憶部１２、太陽光発電電力予測部１３、電力需要予測部１４、発電機動作時間管理部１５、目的関数・制約条件生成部１６、最適化部１７、評価部１８、および出力部１９を備える。このうち、目的関数・制約条件生成部１６、最適化部１７が、需給計画に係る最適化問題を作成し計算する演算部として機能する。なお、本実施形態では、最適化問題として混合整数線形計画問題に帰着させる場合について説明する。
ＥＭＳ３が作成する需給計画とは、マイクログリッド２における電力の需要に応じて、発電部２３およびエネルギー貯蔵部２５の動作を特定するための計画である。したがって、需給計画には、発電部２３およびエネルギー貯蔵部２５の動作を特定する情報が含まれる。需給計画のうち、発電部２３に係る動作（運転または停止）に係る計画の具体例について図３を参照しながら説明する。図３では、３つの発電部２３としての３つの発電機（unit-1～uni-3）が示されている。また、これらの発電機（発電部２３）は独立して動作が可能であるとする。図３に示すように、各発電機は、現在時刻よりも以前の期間についても単位時間毎に運転・停止を切り替えて動作をしている。ＥＭＳ３が作成する需給計画において、発電部２３の動作に係る計画とは、将来の時刻を単位時間毎に区切り、各単位時間において発電機の運転（１）または停止（０）を規定したものである。図３に示す例では、現在時刻を動作に係る計画の作成開始の起点として、現在時刻以降の将来の複数の単位時間（図３では１６個の単位時間）について、各発電機の動作を運転（１）または停止（０）と指定した状態となっている。図３には示していないが、需給計画では、各時刻におけるマイクログリッド２における受電電力・送電電力、発電部２３における発電電力も規定される。また、需給計画では、エネルギー貯蔵部２５の動作に関して、発電部２３の動作に係る計画と同様に、単位時間毎の充放電が規定され得る。なお、以降の実施形態では、「単位時間」を「ステップ」という場合がある。
ＥＭＳ３では、上記の発電部２３の動作に係る計画を含む需給計画の作成および最適化を行い、最適化された需給計画を出力する。例えば、ＥＭＳ３は、最適化された需給計画をユーザに提示する。例えば、ＥＭＳ３は、最適化された需給計画を管理部２１に出力する。管理部２１は、ＥＭＳ３から出力された需給計画に基づいて、発電部２３およびエネルギー貯蔵部２５を制御する。また、管理部２１は、ＥＭＳ３から出力された需給計画に基づいて、発電部２３を制御してもよい。管理部２１は、例えば、ＥＭＳ３から出力された需給計画をベースとして、ＲＥ発電部２２などの種々の状況に応じて発電部２３およびエネルギー貯蔵部２５を制御する。例えば、管理部２１は、マイクログリッド２内における電力量が平滑化されるように、ＲＥ発電部２２の発電量の変化に応じて、エネルギー貯蔵部２５の充放電を調整してもよい。このように、管理部２１は、ＥＭＳ３から出力された需給計画に厳密に従わない場合があってもよい。
以下の実施形態では、ＥＭＳ３による需給計画の作成に際し、現在時刻に近い直近の時間を需給計画作成の起点時刻とした場合であっても、適切に需給計画を作成するための構成について説明する。
［エネルギーマネジメントシステム］
図２に戻り、ＥＭＳ３を構成する各部について説明する。ＥＭＳ３の入力部１１は、マイクログリッド２を含む外部装置からＥＭＳ３における需給計画の作成に使用する情報を取得する。入力部１１は外部装置との間で通信を行い、ＥＭＳ３において使用する情報を取得する。入力部１１で取得される情報は、情報の種類に応じて、記憶部１２、太陽光発電電力予測部１３、電力需要予測部１４、発電機動作時間管理部１５、目的関数・制約条件生成部１６のいずれかへ送られる。
記憶部１２は、ＥＭＳ３で使用する各種情報を記憶する機能を有する。記憶部１２において保持する情報の種類に応じて、記憶部１２は、発電機制約ＤＢ１２ａ、蓄電池制約ＤＢ１２ｂ、外部系統制約ＤＢ１２ｃ、および、単価ＤＢ１２ｄを含んで構成される。記憶部１２を構成するこれらのＤＢにおいて保持される情報は、発電設備を含むマイクログリッド２の動作をＥＭＳ３において計画する際の制約条件となり得る情報である。
発電機制約ＤＢ１２ａは、発電部２３を構成する発電設備（発電機等）の動作に係る制約条件を保持する機能を有する。発電設備の動作に係る制約条件としては、発電設備による最大発電電力、最小発電電力、発電設備における燃料と発電量との特性を示すパラメータ（発電設備の動作特性）、発電設備の最小運転継続時間および最小停止継続時間等が挙げられる。発電設備の動作に係る制約条件は、例えば、ＥＭＳ３の設計者によって作成・保存され得る。また、制約条件は、ＥＭＳ３のユーザ（操作者）等によって更新される場合もある。
なお、以下の実施形態では、発電設備等の各種設備の種々の状態をまとめて「動作」という場合がある。例えば、発電設備等における「運転」および「停止」の両方を含むものとして「動作」という場合がある。また、発電設備の最小運転継続時間および最小停止継続時間をまとめて「発電設備の最小動作継続時間」という場合がある。
蓄電池制約ＤＢ１２ｂは、エネルギー貯蔵部２５を構成する蓄電池の動作に係る制約条件を保持する機能を有する。蓄電池の動作に係る制約条件としては、蓄電池の最大充電電力、最大放電電力、蓄電池の充電残量の上限値・下限値等が挙げられる。蓄電池の動作に係る制約条件は、例えば、ＥＭＳ３の設計者によって作成・保存され得る。また、制約条件は、ＥＭＳ３のユーザ等によって更新される場合もある。
外部系統制約ＤＢ１２ｃは、外部電力系統９０との間での電力の送電・受電に係る制約条件を保持する機能を有する。電力の送電・受電に係る制約条件としては、例えば、受電電力の上限値・下限値等が挙げられる。電力の送電・受電に係る制約条件は、例えば、ＥＭＳ３の設計者によって作成・保存され得る。また、制約条件は、ＥＭＳ３のユーザ等によって更新される場合もある。
単価ＤＢ１２ｄは、ＥＭＳ３での計画の作成に際して考慮すべき費用、すなわち、マイクログリッド２の動作に関連する費用の単価に係る情報を保持する機能を有する。マイクログリッド２の動作に関連する費用の単価に係る情報としては、例えば、発電部２３において使用する燃料の単価に係る情報、外部電力系統９０からの電力供給を受ける買電に係る費用等が挙げられる。外部電力系統９０からの買電が日本卸電力取引所（ＪＥＰＸ）などを通じて行われる場合、単価ＤＢ１２ｄはインターネット等によって外部システムと通信して、需給計画を作成する対象となる区間における単価を保持する構成としてもよい。
太陽光発電電力予測部１３は、ＲＥ発電部２２が太陽光発電設備である場合に、ＲＥ発電部２２において発電される電力を予測する機能を有する。太陽光発電においては、発電電力は主に日射量等の気象に依存する。したがって、太陽光発電電力予測部１３は、例えば、日射量や気温を含む気象予報データを、インターネット等を介して外部で取得し、気象予報データから将来の太陽光発電量を予測する。なお、太陽光発電電力予測部１３における発電電力の予測の方法は上記に限定されず、例えば、マイクログリッド２内に設置した日射計の実績値と、太陽光発電設備における発電量の実績値とに基づいて、将来の発電量を予測してもよい。また、マイクログリッド２内の全天球カメラから雲の動きを予測して、太陽光発電設備における発電量を予測してもよい。なお、太陽光発電電力予測部１３において詳細な予測を行うことに代えて、インターネット等を経由して外部システムから太陽光発電設備における発電量の予測値を受信する構成としてもよい。このように、太陽光発電電力予測部１３は、ＥＭＳ３において需給計画を作成する期間を対象とした太陽光発電設備による太陽光発電量の予測値を準備する。
電力需要予測部１４は、マイクログリッド２の電力負荷部２４において使用される電力の需要を予測する機能を有する。より具体的には、需給計画を作成する期間の将来の時刻におけるマイクログリッド２内の電力負荷部２４の消費電力の予測値を出力する。消費電力の予測方法としては、例えば、電力負荷部２４における過去の電力使用実績をもとにした統計的手法を用いることが挙げられる。なお、電力需要予測部１４において詳細な予測を行うことに代えて、インターネット等を経由して外部システムから電力需要予測値を受信する構成としてもよい。このように、電力需要予測部１４は、ＥＭＳ３において需給計画を作成する期間を対象とした電力需要の予測値を準備する。
発電機動作時間管理部１５は、発電部２３を構成する発電機の動作継続時間を管理する機能を有する。発電機の動作継続時間とは、発電機が現在時刻までにどのような動作（運転または停止）を継続しているかをカウントしたものである。発電機動作時間管理部１５は、時刻の経過に伴う発電機の運転状態に基づいて、運転継続時間／停止継続時間を管理する。運転継続時間／停止継続時間の管理の一例としては、例えば、発電機の発電量に対して、ある閾値γを導入する。そして、発電量が閾値γ以上となった時刻から現在時刻までの時間を運転継続時間としてカウントする。ただし、発電量が閾値γ以下となった場合、運転継続時間を初期化して０とする。同様に、停止継続時間についても、発電量が閾値γ以下となった時刻から現在時刻までの時間とする。ただし、発電量が閾値γ以上となった場合、停止継続時間を初期化して０とする。
図４（ａ）および図４（ｂ）は、運転継続時間／停止継続時間のカウント方法を模式的に示したものである。図４（ａ）は、発電電力が閾値γ以上となる運転が現在まで継続している状態を示している。このとき、閾値γ以上となった時点から現在までの時間が運転継続時間となる。一方、図４（ｂ）は、発電電力が閾値γより小さくなる運転（または停止）が現在まで継続しているため、現在まで運転停止時間が継続している状態を示している。このとき、閾値γ未満となった時点から現在までの時間が停止継続時間となる。なお、発電部２３の運転・停止を判断する物理量は、発電量以外でもよい。例えば、発電機がガスタービンの場合は、回転数、ガスタービンの排気温度、燃焼器の温度等、発電機特有の物理量を用いて運転・停止を判定してもよい。また、発電部２３の運転・停止は、通常、発電部２３（発電機）の制御装置のシークエンス制御によって行われる。したがって、特定のシークエンスの開始時刻や終了時刻を利用して、運転継続時間／停止継続時間のカウントを行ってもよい。
目的関数・制約条件生成部１６は、上述の発電部２３の動作（発電機の起動・停止）を含む需給計画の作成を行うために、目的関数と制約条件とを生成する機能を有する。目的関数・制約条件生成部１６における処理（目的関数および制約条件の生成）は、定期時刻毎（例えば、３分ごと）に開始する態様であってもよいし、特定のイベント（例えば、ＥＭＳ３のユーザによるボタンの押し下げ等による指示、入力部１１における気象予報データの受信等）を契機として開始する態様としてもよい。また、これらの組み合わせであってもよい。目的関数・制約条件生成部１６による目的関数および制約条件の生成開始と、後述の最適化部１７による最適化と、を行うタイミングは、需給計画の作成の対象となる区間の長さに応じて決定されてもよい。
目的関数・制約条件生成部１６は、記憶部１２、太陽光発電電力予測部１３、電力需要予測部１４、発電機動作時間管理部１５から必要なパラメータを収集し、最適化問題の一例としての混合整数線形計画問題として定式化する。
最適化部１７は、目的関数・制約条件生成部１６で作成された最適化問題を解くことにより、需給計画を演算する。最適化部１７は、最適化ソルバーを含んでいてもよい。最適化部１７は、最適化問題において実行可能な解が得られなかった場合には、エラー情報の表示データを出力部１９に送信してもよい。なお、作成された需給計画は、記憶部１２に一度記憶する態様であってもよい。
評価部１８は、最適化部１７によって作成された需給計画に係る評価を行う。評価の一例としては、最適化部１７によって最適化された需給計画に基づいてマイクログリッド２を動作させた場合、需給計画に基づかない動作を行う場合と比較してどの程度コストが低減されるかを評価することが挙げられる。評価部１８において評価を行うことによって、後述の出力部１９からＥＭＳ３のユーザに対して出力する内容を変更する構成としてもよい。評価部１８による評価は省略されてもよい。ＥＭＳ３は評価部１８を備えておらず、最適化部１７によって最適化された需給計画がそのまま出力部１９に送られる構成としてもよい。
出力部１９は、作成された需給計画の少なくとも一部を出力する。出力部１９は、評価部１８による評価後の需給計画を逐次出力してもよい。出力部１９は、例えば、需給計画として、各時刻における発電部２３の発電機の運転・停止に関する情報を出力する。出力部１９は、例えば、ＥＭＳ３が有するスクリーンに情報を表示する。出力部１９は、ＥＭＳ３の外部に情報を出力してもよい。
出力部１９は、例えば、タッチパネル等を備えており、マイクログリッド２内の電力機器（例えば、発電部２３の特定の発電機）が選択されることにより、当該発電機に係る運転・停止に係る計画を表示してもよい。例えば、出力部１９は、当該電力機器の運転スケジュールを表示してもよい。出力部１９は、ＥＭＳ３のユーザに対して所定のメッセージを表示してもよい。例えば、出力部１９は、案内メッセージ、警告メッセージ、及び、エラー情報などを表示してもよい。出力部１９は、所定の情報をメール等によってユーザに通知してもよい。
［最適化問題およびその評価について］
次に、目的関数・制約条件生成部１６において作成され、最適化部１７によって最適化される（解かれる）最適化問題について説明する。目的関数・制約条件生成部１６は、入力部１１によって取得された情報と、記憶部１２に予め記憶されている情報とに基づいて、需給計画に関する最適化問題（本実施形態では、混合整数線形計画問題）を作成する。具体的には、目的関数・制約条件生成部１６では、ＲＥ発電部２２、発電部２３、エネルギー貯蔵部２５等の動作に係る制約条件を用いて、発電部２３の動作を規定するための目的関数に関する最適化問題を作成する。目的関数・制約条件生成部１６は、需給計画に係る最適化問題を混合整数線形計画問題として記述することによって目的関数・制約条件の定式化を行う。また、最適化部１７では目的関数・制約条件生成部１６で作成された最適化問題を演算する。
以下の表１～表３では、混合整数線形計画問題として目的関数・制約条件を定式化する際に必要な変数を示している。表１は、数式に含まれる集合に係る記号を示している。
Figure 0007347681000001
また、表２は、数式に含まれる変数（パラメータ）を示している。表２では、変数に係る情報を図２に示すどの機能部から取得するか（情報の取得元）を示している。情報の取得元が「目的関数・制約条件作成部」となっているものは、ＥＭＳ３のユーザからの入力等に基づいて目的関数・制約条件生成部１６で設定されるものである。また、情報の取得元が「蓄電池制御部」となっているのは、エネルギー貯蔵部２５を制御する制御器（図示せず）を指している。
Figure 0007347681000002
また、表３は、目的関数・制約条件生成部１６で作成する目的関数において、最適化すべき変数（決定変数）を示している。
Figure 0007347681000003
 これらの変数を用いて目的関数・制約条件生成部１６で作成される最適化問題の一例は、下記式（１）に示される。
Figure 0007347681000004
また、上記の最適化問題を解く際の制約条件は以下の式（２）～（１３）となる。
Figure 0007347681000005
Figure 0007347681000006
Figure 0007347681000007
Figure 0007347681000008
Figure 0007347681000009
Figure 0007347681000010
Figure 0007347681000011
Figure 0007347681000012
Figure 0007347681000013
Figure 0007347681000014
Figure 0007347681000015
Figure 0007347681000016
上記の式（２）～（１３）に示す条件に含まれるｔｏｎおよびｔｏｆｆは、式（１４）、（１５）と定義される。
Figure 0007347681000017
Figure 0007347681000018
なお、式（１４）、（１５）における記号
Figure 0007347681000019
 は、床関数とよばれ、ｘ以下の最大の整数を示す。
式（１）は、マイクログリッド２における経済コストを最小にするために構築された目的関数であり、第１項は買電費用を意味し、第２項は燃料費用を意味している。すなわち、式（１）における第１項は外部のエネルギー供給系統からのエネルギー授受に関する項に相当し、第２項はマイクログリッドにおける燃料の消費に関する項に相当する。マイクログリッド２から外部電力系統９０への逆潮流を行う場合には、式（１）における第１項は売電費用が含まれることになる。
式（２）～式（１３）はそれぞれ制約条件である。式（２）は、各時刻において電力の需要と供給は一致していることを示している。また、式（３）は、外部電力系統９０からの受電電力は、受電電力の上限と下限の範囲内であることを示している。式（４）は、蓄電池の充放電電力は所定の範囲内であることを示している。式（５）は、エネルギー貯蔵部２５の蓄電池の充放電電力は、所定の上下限の範囲で運転されることを示している。式（６）は、エネルギー貯蔵部２５の蓄電池残量と充放電電力の関係式を示している。式（７）は、発電部２３の発電機は、運転（１）か停止（０）のどちらかの状態をとることを示している。式（８）は、発電部２３の発電機は、運転中は発電電力が所定の上下限の範囲で運転され、停止中は、発電電力が実質的に０であることを示している。式（９）は、発電部２３の発電機の発電電力と燃料消費量の関係式を示している。
式（１０）は、発電部２３の発電機は、一度起動すると、最小運転継続時間が経過するまで運転し続けなくてはならない（最小運転時間制約）ことを示している。式（１１）は、発電部２３の発電機は、計画起点時刻（需給計画の作成の起点となる時刻）での運転継続時間が最小運転継続時間に満たない場合、最小運転継続時間に達するまでは運転し続けなくてはならないことを示している。なお、式（１１）に示す関係を図５で模式的に示している。また、式（１２）は、発電部２３の発電機は、一度停止すると、最小停止継続時間が経過するまでは停止し続けなくてはならない（最小停止時間制約）ことを示している。式（１３）は、発電部２３の発電機は、計画起点時刻での停止継続時間が最小停止継続時間に満たない場合は停止し続けなくてはならないことを示している。上記の最小運転時間制約と最小停止時間制約とを含めて、「最小動作時間制約」という場合がある。
上記の制約条件のうち、式（１０）～（１３）に示す条件は、最小動作継続時間（最小運転継続時間および最小停止継続時間）に基づく発電部２３の発電機の動作を制限する条件である。さらに、式（１１）および式（１３）は、計画起点時刻（需給計画の作成の起点となる時刻）での運転継続時間または停止継続時間に基づく動作の制限を規定した条件である。計画起点時刻が現在時刻の近傍にある場合、運転継続時間および停止継続時間には、発電機動作時間管理部１５で取得された情報が用いられる。つまり、現在時刻までの発電部２３の発電機の動作の実績に基づいた情報が制約条件の一部として用いられる。
最適化部１７は、目的関数・制約条件生成部１６で作成された上記の式（１）～（１３）を解くことで、表３に示す変数の最適解を算出する。これにより、時刻ｋにおける外部電力系統９０からの受電電力（送電電力）、時刻ｋにおけるエネルギー貯蔵部２５における蓄電池充放電電力、時刻ｋにおける発電部２３の発電機の発電電力が得られ、さらに、時刻ｋにおける発電部２３の運転・停止が指定される。
最適化部１７で演算により最適化された需給計画は、場合によって評価部１８による評価を経た後に、出力部１９から出力される。
なお、図３では、最適化計算を行う区間（ステップ）が時系列に沿って１６個ある場合を示している。この場合表２で示した計画ステップ数Ｈ＝１６となる。ただし、この計画ステップ数ＨはＥＭＳ３において変更することが可能であり、Ｈ＝１とすることもできる。Ｈ＝１は、Ｈが２以上の場合と比べて制約条件の記述が簡略化され得る。また、Ｈ＝１の場合には、評価部１８では、他の条件とは異なる観点で評価を行うことができる。
例えば、マイクログリッド２内にエネルギー貯蔵部２５（蓄電池）が存在しないか、あるいは存在していても残量を考慮しなくてもよい場合がある。一例としては、蓄電池の運用者と発電機の運用者が異なる場合、発電機側では蓄電池の残量を考慮した制御を行うことができないため、計画ステップ数Ｈを１として計算する場合がある。このとき、式（１０）で示した最小運転時間制約および式（１２）で示した最小停止時間制約は、より簡便な表現となる。具体的には、計画ステップ数Ｈ＝１の場合、ｋ＝０のみとなる。また、このとき、蓄電池に係る充放電電力は、蓄電池制御器（蓄電池制御部）から取得することになる。上記の条件から、Ｈ＝１の場合には、上記の式（６）、式（９）および式（１１）が消えて、式（１０）および式（１２）は、次の式（１６）および式（１７）と記述することができる。
Figure 0007347681000020
Figure 0007347681000021
このように、エネルギー貯蔵部２５が所定の条件を満たす場合、または、存在しない場合に、計画ステップ数Ｈ＝１においても最適化問題を適切に解くことができる。
ここで、計画ステップ数Ｈ＝１の場合に、評価部１８による評価結果に応じて出力部１９から出力する内容を変更することを考える。上述のように、出力部１９からＥＭＳ３のユーザに対して何らかのメッセージを出力構成とすることができる。このとき、例えば、出力部１９から出力するメッセージとして、発電機の運転状況を変更することを提案するメッセージを出すとする。この場合、発電機の運転状況を変更した場合、どの程度のコストの改善効果が見込めるかを予め評価部１８において評価し、評価結果に基づいて出力部１９からメッセージを出力するか否かを決定する、または、出力するメッセージの内容を変更することとしてもよい。
一例として、現在時刻における発電機の燃料消費量および受電電力に基づいて、式（１８）に示すコストに係る評価関数Ｆｎｏｗを求めるとする。
Figure 0007347681000022
ここで、最適化した結果に基づいて、式（１９）に示すように、発電部２３（発電機）の動作等を変更した場合のコストに係る評価関数Ｆｏｐｔを求めるとする。
Figure 0007347681000023
式（１８）および式（１９）は、目的関数（１）に基づいた評価関数である。この評価関数をΔＴで割った値は、単位時間あたりのマイクログリッド２の稼働コスト［円／ｈｏｕｒ］と捉えることができる。したがって、上記の式（１８）および式（１９）の差額をΔＴで割ると、単位時間あたりでコストがどの程度変化するかを求めることができる。つまり、（Ｆｎｏｗ－Ｆｏｐｔ）／ΔＴ［円／ｈｏｕｒ］は、単位時間あたりのコスト改善金額ということができる。ＥＭＳ３では、上記の式（１８）、（１９）を用いて、評価部１８において上記の単位時間当たりのコスト改善金額を算出し、この単位時間あたりのコスト改善金額が予め設定された閾値を超えているかに応じて、出力部１９からＥＭＳ３のユーザに対して出力するメッセージを変更する構成としてもよい。例えば、単位時間あたりのコスト改善金額が閾値を超えた場合には、ＥＭＳ３のユーザに対して図６に示すようなリコメンド画面をポップアップして、ＥＭＳ３のユーザ（マイクログリッド２の運転員）に対して、発電部２３の動作を変更することに係るリコメンド通知を行ってもよい。このとき、アラーム音を同時に発信してもよいし、メールによる通知を行ってもよい。また、単位時間あたりのコスト改善金額が閾値以下である場合には、ＥＭＳ３のユーザに対してリコメンド通知を行わないか、または、リコメンド通知を行う場合の挙動を変えることとしてもよい。
上記のように、評価関数を利用した評価結果をふまえて、出力部１９からの出力内容を変更することで、ＥＭＳ３のユーザ（マイクログリッド２の運転員）に与える負荷を低減できる、または、効果的なリコメンド通知を行うことができる。発電部２３の発電機の起動・停止の切り替えには、実際はマイクログリッド２の運転員による手動操作が介入する場合が多い。そのため、リコメンド回数が多くても実際には操作員が対応できない可能性がある。また、発電部２３の動作の切り替えに必要な人件費に比べて、コストの改善幅が小さいと、発電部２３の発電機の起動・停止の切り替えにより全体的なコストが増大する可能性もある。これに対して、評価関数を利用した評価結果をふまえて、出力部１９からの出力内容を変更する構成とすることで、効果的なリコメンド通知を行うことができ、システム全体としてのコストの低減を効率よく行うことができる。
なお、Ｈが２以上である場合も上記で説明したＨ＝１の際の評価関数と同種の評価関数を利用してコストの評価を行ってもよい。すなわち、Ｈが２以上であっても、最適化問題（本実施形態では、混合整数線形計画問題）の演算結果を適用しない状態でのマイクログリッド２における運転状態によるコストと、混合整数線形計画問題の演算結果をマイクログリッド２に適用した際のコストと、を比較して評価を行ってもよい。Ｈが２以上の場合の「最適化問題（混合整数線形計画問題）の演算結果を適用しない状態でのマイクログリッド２の運転状態によるコスト」とは、最新の最適化問題（混合整数線形計画問題）の演算結果を適用せずに、以前に算出された需給計画に基づいてマイクログリッド２を運転した場合の計画値に基づいて算出されるコストのことをいう。ただし、Ｈが２以上である場合には、エネルギー貯蔵部２５の動作等も考慮する必要が出てくるため、評価関数の記述は上記の式（１８）および式（１９）から変更され得る。
具体的には、上記の式（１８）、式（１９）は、それぞれ各時間ステップにおける積算値とする必要がある。また、式（１８）式において時刻ｋが１以降の発電機の燃料消費量および受電電力の値は、その時点において予定していた計画値を用いる必要がある（計画値はエネルギーマネジメントシステム内部でユーザによって管理される。リコメンド通知に応じて、ユーザは計画値を変更してもよい）。なお、式（１９）式は、最適化計算終了時の式（１）に等しい。このように、ＥＭＳ３内に計画値管理機能を加え、計画値に基づいた評価関数と、最適化計算に基づいた評価関数を比較することで、Ｈ＝１と同様にコストの改善幅評価・リコメンド通知を行うこともできる。ただし、マイクログリッド２に応じた動作の条件を加えて評価関数を記述することで、Ｈ＝１と同様にコストの評価を行うこともできる。
なお、上記実施形態では、１種類の最適化問題を設定し最適化を行うという処理を繰り返すが、最適化問題は種々の条件を設定することで変更され得る。したがって、マイクログリッド２の各部の運転状態および運転に際する条件等に応じて変更され得る。また、マイクログリッド２の各部の運転に係る制約条件等を考慮し、複数種類の最適化問題を交互に設定して、これらを繰り返し最適化することでマイクログリッド２の動作を変更する構成としてもよい。
例えば、本実施形態で説明するようなマイクログリッド２では、発電部２３を構成する発電機の出力の上げ下げはＥＭＳ３からの指令によって自動制御で実施できる一方で、起動・停止は人間（ユーザ・マイクログリッド２の運転員）の判断・操作が必要とされる場合がある。このようなシステムでは、下記の２つの動作を独立かつ並列で繰り返ししてもよい。繰り返しの手法としては、例えば下記の動作１を１分周期とし、下記の動作２を１０分周期するように、繰り返し周期を互いに異ならせてもよい。
（動作１）
起動・停止状態を現在の発電機の状態と一致（固定）させた制約のもとで上述の最適化問題を解き、その答えを使って発電機出力を制御する。つまり、発電機の現在の動作が運転（１）のときは、式（１６）、式（１７）の代わりに，Ｚ０＝１とする制約式のもと、最適化問題を解く。また、発電機の現在の動作が停止（０）の場合も同様とする。この最適化問題を解いた結果得られた解のうち、発電機出力はＥＭＳ３を介して発電機を制御する制御装置に伝達して、発電機の電力の上げ下げを行う。
（動作２）
発電機の起動・停止状態を含めて最適化する。最適化の結果が現在の運転状況よりも経済的であり、且つ、「最適化問題を解いた結果の発電機の起動・停止の状態Ｚ０が，現在の発電機の動作と異なる」場合のみ、ユーザに提示する。
上記の動作１，２の組み合わせは、特に、発電部２３の起動・停止についてユーザ（マイクログリッド２の運転員）の判断・操作が必要な場合に有用である。すなわち、最適化問題を解いた結果が現在の運転状況よりも経済的かどうかを評価せずに一律にユーザに提示する場合と比較して、ユーザによる判断・操作回数を減らすことが可能となる。また、最適化問題を１分周期で解くとしても、ユーザによる発電部２３の起動・停止の操作を１分周期で行うことは実質的には困難であるので、上記のように、動作１，２を組み合わせることで実効的な運用が可能となる。なお、動作１，２の組み合わせの仕方は、マイクログリッド２の構成等に応じて変更できる。
［エネルギー管理方法］
次に、ＥＭＳ３において実行されるエネルギー管理方法（需給計画作成方法）の処理の一例について説明する。このエネルギー管理方法では、マイクログリッド２においてエネルギー貯蔵部２５の充放電計画を最適化する。図７は、ＥＭＳ３が実施する処理のフローチャートである。まず、ＥＭＳ３の目的関数・制約条件生成部１６は、需給計画の作成に使用する目的関数・制約条件の生成に必要な情報の収集を行う（ステップＳ０１）。上述の通り、目的関数・制約条件の生成に必要な情報は、ＥＭＳ３の各部において保持される情報、または、各部において算出される結果に含まれる。したがって、目的関数・制約条件生成部１６は、これらの情報を収集する。
次に、ＥＭＳ３の目的関数・制約条件生成部１６は、収集した情報に基づいて、目的関数・制約条件の生成を行う（ステップＳ０２）。次にＥＭＳ３の最適化部１７は、目的関数・制約条件生成部１６において生成された目的関数・制約条件による最適化問題の演算を行う（ステップＳ０３）。この結果、演算結果に基づく需給計画が得られる。
次に、ＥＭＳ３の評価部１８は、演算結果の評価を行う（ステップＳ０４）。上記の通り演算結果の評価は行わなくてもよい。また、評価の方法としては種々の方法をもちいることができる。評価を行った場合、ＥＭＳ３の出力部１９は評価内容に応じた出力を行う（ステップＳ０５）。上述の計画ステップ数Ｈ＝１の例では、評価関数を用いた評価の結果、（Ｆｎｏｗ－Ｆｏｐｔ）／ΔＴが所定の値よりも大きい場合には、リコメンド通知を行い、所定の値以下である場合には、リコメンド通知を行わない、というような対応が考えられる。ただし、この対応は一例であり、評価部１８における評価を行った場合でも評価結果と需給計画とを一律に出力する態様としてもよい。
［ハードウェア構成］
次に、図８を参照して、ＥＭＳ３のハードウェア構成について説明する。図８は、ＥＭＳ３のハードウェア構成の一例を示す図である。ＥＭＳ３は、１又は複数のコンピュータ１００を含む。コンピュータ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)１０１と、主記憶部１０２と、補助記憶部１０３と、通信制御部１０４と、入力装置１０５と、出力装置１０６とを有する。ＥＭＳ３は、これらのハードウェアと、プログラム等のソフトウェアとにより構成された１又は複数のコンピュータ１００によって構成される。
ＥＭＳ３が複数のコンピュータ１００によって構成される場合には、これらのコンピュータ１００はローカルで接続されてもよいし、インターネット又はイントラネットなどの通信ネットワークを介して接続されてもよい。この接続によって、論理的に１つのＥＭＳ３が構築される。
ＣＰＵ１０１は、オペレーティングシステムやアプリケーション・プログラムなどを実行する。主記憶部１０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory)及びＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。補助記憶部１０３は、ハードディスク及びフラッシュメモリなどにより構成される記憶媒体である。補助記憶部１０３は、一般的に主記憶部１０２よりも大量のデータを記憶する。記憶部１２の少なくとも一部は、補助記憶部１０３によって実現される。通信制御部１０４は、ネットワークカード又は無線通信モジュールにより構成される。入力部１１および出力部１９の少なくとも一部は、通信制御部１０４によって実現されてもよい。入力装置１０５は、キーボード、マウス、タッチパネル、及び、音声入力用マイクなどにより構成される。入力部１１の少なくとも一部は、入力装置１０５によって実現される。出力装置１０６は、ディスプレイ及びプリンタなどにより構成される。出力部１９の少なくとも一部は、出力装置１０６によって実現される。例えば、出力装置１０６は、充放電計画又はエラー情報を表示する。
補助記憶部１０３は、予め、プログラム１１０及び処理に必要なデータを格納している。プログラム１１０は、ＥＭＳ３の各機能要素をコンピュータ１００に実行させる。プログラム１１０によって、例えば、上述したステップＳ０１からステップＳ０５に係る処理がコンピュータ１００において実行される。例えば、プログラム１１０は、ＣＰＵ１０１又は主記憶部１０２によって読み込まれ、ＣＰＵ１０１、主記憶部１０２、補助記憶部１０３、通信制御部１０４、入力装置１０５、及び出力装置１０６の少なくとも１つを動作させる。例えば、プログラム１１０は、主記憶部１０２及び補助記憶部１０３におけるデータの読み出し及び書き込みを行う。
プログラム１１０は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどの有形の記録媒体に記録された上で提供されてもよい。プログラム１１０は、データ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。
［作用］
上記のＥＭＳ３（需給計画作成装置）および需給計画作成方法によれば、マイクログリッド２における外部のエネルギー供給系統（外部電力系統９０）からのエネルギー授受に関する項と、マイクログリッド２における燃料の消費に関する項とを含む目的関数に関する最適化問題（本実施形態では、混合整数線形計画問題）が生成される。このとき、需給計画を作成する起点時刻における１以上のエネルギー生成部（発電部２３）それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件が用いられる。そして、ＥＭＳ３における演算結果に基づいて、需給計画が出力される。このように、需給計画を作成する起点時刻における１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報に関する制約条件を用いることで、起点時刻が現在時刻であるかまたは現在時刻に近い場合であっても、需給計画を適切に作成することができる。
従来から、マイクログリッドにおける発電部の起動・停止を規定した需給計画を、経済性の観点で記述した最適化問題を演算することで作成することが知られている。近年、マイクログリッド内に、太陽光発電のように再生可能エネルギーを用いたエネルギー生成（発電）が含まれることが増えている。ただし、太陽光発電のような再生可能エネルギーは変動性再生可能エネルギーとも呼ばれ正確な予測が困難である。そのため、需給計画作成の起点時刻を現在時刻の近傍に設定して、短時間の需給計画を繰り返し作成することによって、より精度の高い需給計画を作成することが検討されている。しかしながら、従来から需給計画の作成に用いられている最適化問題は、現在時刻からある程度将来（例えば、１日～１週間）の時刻を起点時刻とすることを想定し、さらに、過去に作成された需給計画に基づいてエネルギー生成部が動作していることが想定されている。そのため，従来の発電機の起動・停止を規定した需給計画の最適化問題では、現在時刻を起点とした場合を想定していないことがある。その結果、従来の最適化問題を用いて現在時刻を起点とする需給計画を生成しようとすると、最適化問題を解くことができない（解なしとなる）可能性がある。
これに対して、上記の手法では、最適化問題を混合整数線形計画問題として記述し、さらに、需給計画を作成する起点時刻における１以上のエネルギー生成部（発電部２３）それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件を用いる。需給計画を作成する起点時刻における１以上のエネルギー生成部（発電部２３）それぞれにおける動作継続時間を制約条件に含めることで、動作継続時間を考慮した制約条件を用いた最適化問題を記述できる。
また、上記実施形態では、最適化問題として、混合整数線形計画問題に帰着させている。このように、混合整数線形計画問題として記述することで最適化問題を解くまでの時間をある程度短く見積もることができる。その結果、上記のようなＲＥ発電部２２を有するマイクログリッド２における運用に適した需給計画の作成を行うことができる。制約条件を決定変数に関して非線形として最適化問題を記述することもできるが、この場合にはメタヒューリスティックな最適化手法が採られるため、最適性が保証されないことが考えられる。また、非線形最適化問題を解く場合の計算時間の見積もりが難しく、上記のように短時間の需給計画を繰り返し作成する場合には利用が難しい。これに対して、混合整数線形計画問題に帰着させることで、需給計画の繰り返し作成が可能となり、より柔軟な運用が可能となる。
また、需給計画を作成する起点時刻は、現在時刻であるか、または、現在時刻から前記単位時間が１回経過する間に設定される態様としてもよい。すなわち、現在時刻または現在時刻から時間ΔＴが経過するまでの間を需給計画作成の起点時刻として設定される。この場合、エネルギー生成部の動作継続時間を考慮した最適化問題を演算する必要がある。これに対して、上記の構成とすることで、起点時刻が現在時刻であるかまたは現在時刻に近い場合であっても、需給計画を適切に作成することができる。実際の運用では、例えば、需給計画を作成する起点時刻を０１：００としたいとする。一方、上述の最適化問題の演算を行うために必要な計算時間が１分であるとすると、０１：００から計算を開始すると演算結果が得られる時刻が０１：０１となり起点時刻を過ぎてしまうことになる。このような場合に、例えば、００：５９には最適化問題の演算が開始されるように需給計画作成に係る処理を開始することで、起点時刻により近い条件で需給計画を作成することができる。なお、上述のように「現在時刻から単位時間が１回経過する間」に起点時刻を設定することで、最適化問題に使用する制約条件がより起点時刻の実状に沿ったものを設定できる。
なお、時刻の変化に応じて、エネルギー貯蔵部２５の残量が変化し得る。そのため、起点時刻が現在時刻ではない場合に、起点時刻ｋ＝０におけるエネルギー貯蔵部２５の残量を最適化問題でどのように設定すればよいかという問題が残る。しかしながら、需給計画の起点時刻が現在時刻である場合と、現在時刻から単位時間が１回経過する間と、の間では、エネルギー貯蔵部２５の残量の変動は無視できる程度に小さいため、起点時刻が現在時刻ちょうどでなくても、起点時刻ｋ＝０における蓄電池の残量を、蓄電池の制御部から取得した現在時刻における蓄電池残量としても差し支えない。
また、上記のＥＭＳ３では、評価部１８において最適化問題（上記実施形態では、混合整数線形計画問題）の演算結果について評価することをさらに含み、出力部１９による需給計画を出力することは、評価の結果に応じて出力内容を変化させることを含む。このような構成とすることで、例えば、演算結果による需給計画がマイクログリッドにおけるコストの改善に効果的である場合にはその旨をユーザに提示できる一方で、演算結果による需給計画がマイクログリッドにおけるコスト改善にあまり効果的ではない場合もその旨をユーザに提示できる等、演算結果に応じたより詳細な情報を出力することが可能となる。
また、より詳細には、評価部１８において、最適化問題（上記実施形態では、混合整数線形計画問題）の演算結果を適用しない状態での現在のマイクログリッド２における運転状態によるコストと、最適化問題の演算結果を前記マイクログリッドに適用した際のコストと、の差分を評価してもよい。そして、出力部１９では、差分が閾値よりも大きい場合に最適化問題の演算結果をマイクログリッド２に適用した際に低減できるコストに係る情報を出力してもよい。このような構成とすることで、ユーザに対してより具体的な情報を提示することが可能となるため、生成された需給計画の採否を含めてユーザが柔軟に対応することができる。特に、エネルギー生成部（発電部２３）の動作の切り替え（運転・停止の切り替え）は、人件費等の作業コストも相応に発生するものであるため、生成された需給計画に基づいた作業を実行するかをユーザが判断する際に有用な情報となる。
また、ＥＭＳ３では、１以上のエネルギー生成部の現在時刻までの動作継続時間に係る情報を発電機動作時間管理部１５において取得する。そして、最適化問題においては、取得された１以上のエネルギー生成部の動作継続時間に係る情報に基づいた制約条件が用いられている。このような構成とすることで、エネルギー生成部の動作継続時間に基づいてより適切な需給計画を作成することができる。また、ＥＭＳ３が発電機動作時間管理部１５を管理する構成とした場合、現在時刻までの動作継続時間に係る情報をリアルタイムに取得することができるため、より短い間隔で繰り返し需給計画を作成する場合にも有用である。
［変形例］
以上、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、マイクログリッド２における電力に関する需給計画を実施例として説明した。しかしながら、対象となるエネルギーを電力とは異なる構成としてもよい。例えば、上記の構成は、蒸気に関する需給需要に対しても適用できる。その場合、例えば、上記のマイクログリッド２で説明した発電部２３（発電機）はボイラに置き換わる。さらに、電力および蒸気の両方を考慮した需給計画に対しても適用できる。その場合、マイクログリッド２に含まれるプラント装置として、発電機・ボイラのほかに、ガスエンジン・ガスタービンなどのコジェネレーションシステムが含まれていてもよい。電力・蒸気の両方を考慮した電熱需給計画を考慮した場合であっても、上記実施形態で説明した構成と同様に、目的関数および制約条件を設定することで、エネルギー生成部の動作継続時間を考慮した混合整数線形計画問題を作成し演算することが可能となる。このように、上記実施形態で説明した構成は、発電部２３（発電機）の起動停止に限らず、ボイラ、コジェネレーションシステム、燃料電池等にも応用できる。燃料電池の場合、上述のマイクログリッド２で消費される燃料を水素と読み替えることで、上記実施形態で説明した構成を適用することができる。
上記で説明した目的関数および制約条件は一例であり、マイクログリッド２における各部の構成によって変更され得る。また、最適化問題は混合整数線形計画問題に限られず、例えば、凸計画問題、動的計画法等の他の最適化手法を用いて作成してもよい。
例えば、上記実施形態で説明したマイクログリッド２に含まれるエネルギー貯蔵部２５は省略されていてもよい。この場合、エネルギー貯蔵部２５に係る制約条件を削除して最適化問題（混合整数線形計画問題）が作成される。また、上記実施形態で説明したマイクログリッド２に含まれるＲＥ発電部２２は省略されていてもよい。この場合、ＲＥ発電部２２に係る制約条件を削除して最適化問題（混合整数線形計画問題）が作成される。
また、外部電力系統９０への逆潮流が存在してもよい。この場合、通常、外部電力系統９０への送電電力を送電報酬として評価関数（目的関数）に含めることが行われる。
また、上記実施形態では、ＥＭＳ３は電力負荷部２４に対して安価に電力を供給することを目的とした場合について説明した。そのため、目的関数（１）として電力供給の際に発生するコストに着目した式が用いられていた。これに対して、マイクログリッド２におけるＣＯ２排出量を削減することを目的として、目的関数を設定してもよい。その場合、目的関数（１）式はＣＯ２排出量に関する評価関数となる。具体的に、Ｃｋ ｅは買電に関するＣＯ２排出係数［ｔｏｎ－ＣＯ２／ｋＷｈ］となり、Ｃｋ ｆは燃料消費に関するＣＯ２排出係数［ｔｏｎ－ＣＯ２／（Ｎｍ３）］となる。また、コスト・ＣＯ２排出量以外に，原油換算エネルギー使用量を最小化することも考えられる。このように、上記実施形態で説明した最適化問題の作成方法は一例であり、適宜変更することができる。また、マイクログリッド２の構成に応じて、制約条件も変更され得る。
例えば、出力部１９から出力される需給計画は、マイクログリッド２を運用に用いることに代えて、例えば、日本卸電力取引所のおけるスポット取引に、演算された需給計画が活用されてもよい。
エネルギー貯蔵部２５が複数の蓄電池を含んでいてもよい。この場合、充電する蓄電池と放電する蓄電池とが時間的に重複して存在しないようにする制約条件など、複数の蓄電池の関係を規定する制約条件を加えてもよい。
ＥＭＳ３の記憶部１２は、クラウドサーバ上に設けられていてもよい。記憶部１２は、クラウドサーバと同期していてもよい。
［その他］
本技術は、電力供給におけるカーボンフリー化の推進および、太陽光発電に代表される変動性再生可能エネルギーの導入後における電力バランスの安定化に寄与するため、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」に貢献する。
１ 電力供給システム
２ マイクログリッド
３ エネルギーマネジメントシステム
１１ 入力部
１２ 記憶部
１３ 太陽光発電電力予測部
１４ 電力需要予測部
１５ 発電機動作時間管理部
１６ 目的関数・制約条件生成部
１７ 最適化部
１８ 評価部
１９ 出力部
２１ 管理部
２２ ＲＥ発電部
２３ 発電部
２４ 電力負荷部
２５ エネルギー貯蔵部
２６ 受電電力測定部
２７ 送電電力測定部
９０ 外部電力系統
１００ コンピュータ
１１０ プログラム

Claims (7)

  1. 外部のエネルギー供給系統に接続されていると共に、燃料を消費しながらエネルギーを生成する１以上のエネルギー生成部と、前記エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部と、前記エネルギーを消費する負荷部とを有するマイクログリッドにおける、単位時間毎の前記エネルギー生成部の動作を特定する情報を含む需給計画を作成する需給計画作成方法であって、
    前記需給計画を作成する起点時刻における前記１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、前記エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件を用いて、前記マイクログリッドにおける前記外部のエネルギー供給系統からのエネルギー授受に関する項と、前記マイクログリッドにおける前記燃料の消費に関する項とを含む目的関数に関する最適化問題を演算することと、
    前記最適化問題の演算結果に基づいて、前記需給計画を出力することと、を含む、需給計画作成方法。
  2. 前記最適化問題として、混合整数線形計画問題に帰着させる、請求項１に記載の需給計画作成方法。
  3. 前記需給計画を作成する起点時刻は、現在時刻であるか、または、前記現在時刻から前記単位時間が１回経過する間に設定される、請求項１または２に記載の需給計画作成方法。
  4. 前記最適化問題の演算結果について評価することをさらに含み、
    前記需給計画を出力することは、前記評価の結果に応じて出力内容を変化させる、請求項１～３のいずれか一項に記載の需給計画作成方法。
  5. 前記評価することは、前記最適化問題の演算結果を適用しない状態での前記マイクログリッドにおける運転状態によるコストと、前記最適化問題の演算結果を前記マイクログリッドに適用した際のコストと、の差分を評価することであり、
    前記需給計画を出力することにおいて、前記差分が閾値よりも大きい場合に前記最適化問題の演算結果を前記マイクログリッドに適用した際に低減できるコストに係る情報を出力する、請求項４に記載の需給計画作成方法。
  6. 前記１以上のエネルギー生成部の動作継続時間に係る情報を取得することをさらに含み、
    前記演算することにおいて、取得された前記１以上のエネルギー生成部の動作継続時間に係る情報に基づいた制約条件を用いる、請求項１～５のいずれか一項に記載の需給計画作成方法。
  7. 外部のエネルギー供給系統に接続されていると共に、燃料を消費しながらエネルギーを生成する１以上のエネルギー生成部と、前記エネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵部と、前記エネルギーを消費する負荷部とを有するマイクログリッドにおける、単位時間毎の前記エネルギー生成部の動作を特定する情報を含む需給計画を作成する需給計画作成装置であって、
    前記需給計画を作成する起点時刻における前記１以上のエネルギー生成部それぞれにおける動作継続時間に係る情報と、前記エネルギー生成部の最小動作時間制約との関係に係る制約条件を用いて、前記マイクログリッドにおける前記外部のエネルギー供給系統からのエネルギー授受に関する項と、前記マイクログリッドにおける前記燃料の消費に関する項とを含む目的関数に関する最適化問題を演算する演算部と、
    前記最適化問題の演算結果に基づいて、前記需給計画を出力する出力部と、を含む、需給計画作成装置。

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