JPWO2015166758A1 - エネルギー制御システム、エネルギー制御装置、エネルギー制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎが、電気機器３０−１〜３０−ｎの状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得し、パラメータに基づいて電気機器３０−１〜３０−ｎの電力消費量を推定し、推定した電力消費量の推定値を上位情報処理装置１０に送信し、上位情報処理装置１０が、所定の電力網における電力需給能力と電力消費量の推定値とに基づいて需給調整分担の割り当てを決定し、決定した割り当てを下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎに送信し、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎが、需給調整分担の割り当てに基づいて電気機器３０−１〜３０−ｎの動作を制御する。

Description

本発明は、電力の需要スケジュールの設定を支援するエネルギー制御システム、エネルギー制御装置、エネルギー制御方法及びプログラムに関する。

電力系統を安定的に運用するためには、電力の需要と供給とを一致させる必要がある。そのため一般的には、需要家側の電力の需要量に合わせて電力の供給量が制御されている。

一方、近年では、太陽光発電や風力発電等、再生可能エネルギーを用いた発電方式が増えてきている。これらの発電方式は、発電量を制御することが難しく、一般的な方法だけで電力の需給バランスを取ることは難しい。

これらの問題を解決するための手段の１つとして、外部からの信号を用いて、需要家機器の電力需要抑制や需要誘導を行うデマンドレスポンスがある（例えば、特許文献１参照）。

このようなデマンドレスポンスにおいて電力系統全体に貢献する需要家機器としては、給湯器や空調機等のヒートポンプ搭載機器が挙げられる。これらの機器は一台当たりの消費電力が大きい。そのため、これらの機器は、電力消費量を電力供給に合わせて増減することでデマンドレスポンスの効果を確実にもたらす機器として有力視されている。

特開２０１２−２５５５６７号公報

しかしながら、ヒートポンプ搭載機器等の需要家機器においては、その電力消費量が周囲環境等の状況に応じて刻一刻と変化する。そのため、上述したようなデマンドレスポンスを効果的且つ定量的に行うことが困難であるという問題点がある。例えば、ヒートポンプ給湯器においては、気温、湿度等の外部環境の変化や、給湯器タンク内の温度変化によって、電力消費量に大きな違いが生じる。

そのため、例えば、電力系統の負荷変動を吸収するために、狙った電力需要をヒートポンプ給湯器に正確に発生させることは難しい。また例えば、電力系統に接続された太陽光発電や風力発電の出力が天候の変化によって突然低下した時に、ヒートポンプ給湯器の稼働を緊急的に停止させる場合等に電力需要をどれだけ削減できるかを把握することは困難である。このため、需要家機器を用いたデマンドレスポンスを効果的に行うことは困難であると想定される。

本発明の目的は、上述した課題を解決するエネルギー制御システム、エネルギー制御装置、エネルギー制御方法及びプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のエネルギー制御システムは、
電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する下位情報処理装置と、
前記下位情報処理装置と通信する上位情報処理装置とを有し、
前記下位情報処理装置は、前記電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得し、前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定し、推定した電力消費量の推定値を前記上位情報処理装置に送信し、
前記上位情報処理装置は、所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定し、決定した割り当てを前記下位情報処理装置に送信し、
前記下位情報処理装置は、前記割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する。

また、本発明のエネルギー制御装置は、
少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定手段と、
所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定し、該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する制御量設定手段とを有する。

また、本発明のエネルギー制御方法は、
少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得処理と、
前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定処理と、
所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定する割り当て決定処理と、
該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する調整処理とを有する。

また、本発明の記録媒体は、
コンピュータに、
少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得手順と、
前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定手順と、
所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定する割り当て決定手順と、
該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する調整手順とを実行させるプログラムが記録されている。

本発明によれば、デマンドレスポンスを効果的且つ定量的に行うことができる。

本発明のエネルギー制御システムの基本構成を示すブロック図である。 本発明のエネルギー制御システムの第１の実施の形態を示す図である。 図２に示した下位情報処理装置の機能構成を示すブロック図である。 図２及び図３に示したエネルギー制御システムの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明のエネルギー制御システムによって制御されるヒートポンプ給湯器の機能構成を説明するためのブロック図である。 図５に示したヒートポンプ給湯器の電力制御を行う下位情報処理装置の機能構成を説明するためのブロック図である。 図５に示したヒートポンプ給湯器が動作していない場合における貯湯槽内部の温度分布の算出方法を説明するための図である。 図５に示したヒートポンプ給湯器の各時刻の電力消費量の推定方法を説明するための図である。 図５に示したヒートポンプ給湯器の放電対象期間における、各時刻の電力消費量から稼働スケジュールを決定する方法を説明するための図である。 上位情報処理装置を用いることなくエネルギー制御方法を実施する基本構成を示す図である。 図１０に示した情報処理装置の機能構成を示すブロック図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

なお、以下に示す説明において、各装置の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。各装置の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスク等の記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

図１は、本発明のエネルギー制御システムの基本構成を示すブロック図である。

本発明のエネルギー制御システムは図１に示すように、上位情報処理装置１０と、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎとを有している。

下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎには、電気機器３０−１〜３０−ｎがそれぞれ接続されており、上位情報処理装置１０と通信する。下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎは、接続された電気機器３０−１〜３０−ｎについて、電気機器３０−１〜３０−ｎの状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得する。そして、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎは、取得したパラメータに基づいて電気機器３０−１〜３０−ｎの電力消費量を推定し、推定した電力消費量の推定値を上位情報処理装置１０に送信する。また、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎは、上位情報処理装置１０から送信されてきた需給調整分担の割り当てに基づいて電気機器３０−１〜３０−ｎの動作を制御することで電気機器３０−１〜３０−ｎに対する電力供給量を調整する。

電気機器３０−１〜３０−ｎは、例えば、ヒートポンプ給湯器、空調機、照明等の一般家電機器や、オフィス機器や工場機械等の電力を消費するものである。電気機器３０−１〜３０−ｎは、本発明のエネルギー制御システムによって割り当てられた需給調整分担に従って動作が制御される。

上位情報処理装置１０は、所定の電力網における電力需給能力と、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎから送信されてきた推定値とに基づいて、電力網における電気機器３０−１〜３０−ｎの電力の需給調整分担の割り当てを決定する。そして、上位情報処理装置１０は、決定した割り当てを下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎに送信する。

このように、図１に示したエネルギー制御システムでは、電気機器３０−１〜３０−ｎの状況に応じたパラメータと、所定の電力網における電力需給能力とに基づいて、電力網における電気機器３０−１〜３０−ｎの電力の需給調整分担の割り当てを決定する。それにより、その電力消費量が周囲環境等の状況に応じて刻一刻と変化する電気機器を含む電力網においても、デマンドレスポンスを効果的且つ定量的に行うことができる。

以下に、上述したエネルギー制御システムについて具体的な実施の形態を例に挙げて説明する。

（第１の実施の形態）
図２は、本発明のエネルギー制御システムの第１の実施の形態を示す図である。

本形態におけるエネルギー制御システムは図２に示すように、図１に示した上位情報処理装置１０及び下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎを有するとともに、さらに計画管理装置４０及び変電所５０を有している。また、図１に示した電気機器３０−１〜３０−ｎの具体的なものとして、ヒートポンプ給湯器１３０−１、空調機１３０−２、蓄電池１３０−３、その他電気機器１３０−ｎを有している。これらヒートポンプ給湯器１３０−１、空調機１３０−２、蓄電池１３０−３、その他電気機器１３０−ｎは、電力網４４に接続されている。なお、上位情報処理装置１０、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎ及び計画管理装置４０は、それぞれ１つのコンピュータであってもよい。

計画管理装置４０は、系統全体の運用計画の決定を行う装置である。計画管理装置４０は、発電所の発電量設定や変電所５０の送電量把握を行う。また、計画管理装置４０は、上位情報処理装置１０との通信を通じて、需要家全体に依頼する需給調整分担の決定を行う。

上位情報処理装置１０は、通信網６０を介して下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎ及び計画管理装置４０と通信を行う。

具体的には、上位情報処理装置１０は、計画管理装置４０から、あらかじめ予測される系統負荷量予測値を取得する。なお、系統負荷量予測値は、電力網４４における電力需給能力となるものであって、電力需給調整の対象期間における電力系統全体で消費される電力需要の推移予測値を示している。あるいは、上位情報処理装置１０は、系統負荷量予測値に基づいて決定される各時刻の電力価格、あるいは、系統負荷量予測値に基づいて決定される需給調整分担に対する各時刻の対価を取得する。ここで、電力需給調整の対象期間は、例えば需要逼迫が予想される一日のうちの一部の時間帯や、大きな需要変動が予想される、ある一日等である。また、系統負荷量予測値としては、電力系統全体の需要量の推移予測値から、太陽光発電・風力発電量等の再生可能エネルギーの発電量の推移予測値を差し引いた値を用いてもよい。

上位情報処理装置１０はその一方で、対象期間における各電気機器３０−１〜３０−ｎの電力消費量の推定値、あるいは各電気機器３０−１〜３０−ｎを対象期間に制御した際の電力消費量の推定値を、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎから取得する。

上位情報処理装置１０は、それら系統負荷量予測値と電力消費量推定値とに基づいて、電気機器３０−１〜３０−ｎの需給調整分担の割り当てを決定することで最適な分配計画を立てる。そして、上位情報処理装置１０は、分配計画による動作スケジュールを下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎへ送信する。具体的には、上位情報処理装置１０は、系統負荷量予測値の小さな時間帯に負荷を増やし、系統負荷量予測値の大きな時間帯に負荷を減らすように、電気機器３０−１〜３０−ｎの需給調整分担の割り当てを決定する。これは、電力網全体の電力供給量が所定値以上となる時間帯に、電力効率が一定以上となる電気機器が動作し、電力網全体の電力供給量が所定値未満となる時間帯に、電力効率が一定未満となる電気機器が動作するように、需給調整分担の割り当てを決定することが考えられる。なお、電気機器の電力効率は、後述する下位情報処理装置にて取得される電気機器の動作条件情報に含まれる電力効率を示す電力効率情報によって認識することができる。このような構成とすることで、電力の消費量の変動を抑制することができる。

図３は、図２に示した下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎの機能構成を示すブロック図である。なお、図２においては、下位情報処理装置２０−ｎの構成を示しているが、他の下位情報処理装置の構成も同様である。

図３に示すように下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎは、動作時刻取得部２１と、環境情報取得部２２と、内部情報取得部２３と、電力消費量推定部２４と、制御量設定部２５とを備えている。なお、動作時刻取得部２１、環境情報取得部２２及び内部情報取得部２３は、本発明のパラメータ取得手段となるものである。

動作時刻取得部２１は、本発明の動作時刻取得手段となるものである。動作時刻取得部２１は、制御対象となる電気機器３０について、需要家が機器を利用する動作予定時間帯を示す時間帯情報を取得する。動作予定時間帯は、例えば、需要家が設定してもよいし、需要家の行動推定等から予測した値を利用してもよい。また、動作予定時間帯は、照明や空調のように、需要家が機器を利用したい時間帯に電力消費が発生する機器であれば、需要家が機器を利用したい時間が動作予定時間帯となる。また一方で、貯湯槽付き給湯器や電気自動車の充電のように、ある一定時刻までに一定量のエネルギーを集め、後で需要家が機器利用する場合であれば、動作が終了すべき時刻のうち最も遅い時刻とその時に必要とされる積算エネルギー量とを指定することで、動作予定時間帯とすることができる。

環境情報取得部２２は、本発明の環境情報取得手段となるものである。環境情報取得部２２は、電気機器の消費電力に影響を及ぼす環境情報２９を取得する。機器の消費電力に影響を及ぼす環境情報とは、例えば、電気機器付近の外気温や外湿度、日射量等がある。さらに、電気機器の消費電力が需要家毎、季節毎、時間帯毎などで変化する場合には、それら需要家の行動モデルや時刻情報を環境情報として取得することが考えられる。環境情報取得部２２は、リアルタイムの情報であれば直接測定することや、将来の予測値であれば、時系列解析や機械学習等を用いた予測や、一般に公開されている予報情報を取得する方法を採用することも考えられる。環境情報取得部２２は、上述したような環境情報の少なくともいずれか１つを取得する。

内部情報取得部２３は、電気機器や機器稼働対象の動作条件を示す動作条件情報を取得する。電気家機器の動作条件情報とは、例えば電気機器の動作電力［Ｗ］、消費電力量［Ｗｈ］等である。また、機器稼働対象の動作条件情報とは、例えば、電気自動車であれば、搭載蓄電池の温度、充電量等の情報であるし、空調であれば室内の形状や室内温度の分布情報等である。この動作条件情報には、電気機器の電力効率を示す電力効率情報が含まれている。

電力消費量推定部２４は、環境情報取得部２２で取得された環境情報２９と、内部情報取得部２３で取得された内部情報とに基づいて、電気機器を今後動作させた際の電力消費量を推定する。例えば、翌日の太陽光発電電力が余り需給バランスに悪影響を与えると予想される場合には、電力消費量推定部２４は、あらかじめ前日中に機器を稼働させた際の電力消費量の推移を算出する。また、例えば、当日の太陽光発電量が雲等の影響により前日予想より少なくなってしまう場合には、電力消費量推定部２４は、稼働している機器の動作を停止した場合に、停止しなかった際に比べて今後どれだけの電力消費量削減が行われるのかを算出する。

制御量設定部２５は、電力消費量推定部２４で推定された電力消費量の推定値と、動作時刻取得部２１で取得された時間帯情報とを上位情報処理装置１０に送信する。また、制御量設定部２５は、これらとともに、内部情報取得部２３にて取得された動作条件情報のうち、少なくとも電力効率情報を上位情報処理装置１０に送信してもよい。また、制御量設定部２５は、上位情報処理装置１０にて決定した需給調整分担の割り当てに基づいて電気機器の動作を制御することにより、電気機器に対する電力供給量を調整する。また、制御量設定部２５は、電力消費量推定部２４にて推定された電力消費量と、動作時刻取得部２１にて取得された時間帯情報とに基づいて、電気機器の制御量を調整してもよい。この際、制御量設定部２５は、上位情報処理装置１０から送られた電力価格の情報を元に、電気機器の制御量を内部で計算して電気機器を制御することができる。

また、その他電気機器３０−ｎは、電力消費部３１と、機器稼働対象３２と、各種センサ部３３とを有している。

以下に、上述したエネルギー制御システムの動作についてフローチャートを用いて説明する。

図４は、図２及び図３に示したエネルギー制御システムの動作を説明するためのフローチャートである。

まず、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎの環境情報取得部２２が、接続された電気機器の消費電力に影響を及ぼす環境情報を取得する（ステップ１）。環境情報としては、上述したように、電気機器付近の外気温や外湿度、日射量等が挙げられる。

また、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎの内部情報取得部２３が、電気機器や機器稼働対象の動作条件を示す動作条件情報を取得する（ステップ２）。電気家機器の動作条件情報としては、上述したように、電気機器の動作電力［Ｗ］、消費電力量［Ｗｈ］等が挙げられる。また、機器稼働対象の動作条件情報とは、上述したように、電気自動車であれば、搭載蓄電池の温度、充電量等の情報であるし、空調であれば室内の形状や室内温度の分布情報等が挙げられる。

次に、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎの電力消費量推定部２４が、環境情報取得部２２で取得された環境情報と、内部情報取得部２３で取得された内部情報とに基づいて、電気機器の電力消費量を推定する（ステップ３）。

次に、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎの制御量設定部２５が、電力消費量推定部２４で推定された電力消費量の推定値と、動作時刻取得部２１で取得された時間帯情報とを上位情報処理装置１０に送信する（ステップ４）。

上位情報処理装置１０は、電力消費量の推定値と時間帯情報とを受信すると（ステップ５）、電力網４４における電力需給能力と、受信した電力消費量の推定値とに基づいて、電力網４４における電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定する（ステップ６）。なお、電力網４４における電力需給能力は、上述したように上位情報処理装置１０が計画管理装置４０から取得している。またこの際、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎの制御量設定部２５から電気機器の電力効率を示す電力効率情報が送信されていれば、電気機器の電力効率に基づいて需給調整分担の割り当てを決定してもよい。具体的には、電力網全体の電力供給量が所定値以上となる時間帯に、電力効率が一定以上となる電気機器が動作し、電力網全体の電力供給量が所定値未満となる時間帯に、電力効率が一定未満となる電気機器が動作するように需給調整分担の割り当てを決定してもよい。

そして、上位情報処理装置１０は、決定した割り当てを下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎに送信する（ステップ７）。

下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎは、需給調整分担の割り当てを上位情報処理装置１０から受信すると（ステップ８）、制御量設定部２５が、需給調整分担の割り当てに基づいて、接続された電気機器の動作を制御する（ステップ９）。それにより、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎは、接続された電気機器に対する電力供給量を調整する。

ここで、発電電力が逼迫した際のシステムの動作について説明する。

電力が逼迫していることが判明した際、計画管理装置４０は、需要家が保有する電気機器３０−１〜３０−ｎについての需要抑制の依頼を行う。

下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎのそれぞれは、接続されている電気機器の現在の稼働状態と環境情報と内部情報とに基づいて、電気機器を今後停止しなかった際の電力消費量の推移を推定し、この推定値を上位情報処理装置１０へ送信する。

上位情報処理装置１０は、各電気機器３０−１〜３０−ｎの電力消費量の推移に基づいて、各電気機器３０−１〜３０−ｎへ割り当てる電力削減量あるいは機器動作停止命令を決定して下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎに送信する。

そして、下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎは、上位情報処理装置１０から送信されてきた電力削減量や機器動作停止命令に応じて、電気機器３０−１〜３０−ｎの動作を制御する。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、太陽熱集熱装置付きヒートポンプ給湯器を制御対象とし、太陽光発電による電力余剰発生が前日に予測された際に、余剰の吸収を行うケースを例に挙げて説明する。

図５は、本発明のエネルギー制御システムによって制御されるヒートポンプ給湯器７０の機能構成を説明するためのブロック図である。

本形態におけるヒートポンプ給湯器７０は図５に示すように、貯湯槽７２と、ヒートポンプ７１と、太陽熱集熱器７３と、センサを備えたデバイス（不図示）とを有している。

貯湯槽７２は、温水を貯蔵するためのものである。

ヒートポンプ７１は、貯湯槽７２の下部の水を吸い上げ、電力を利用して沸き上げ温度まで温めたうえで、貯湯槽７２の上部へ放出するものである。

太陽熱集熱器７３は、太陽熱を利用して貯湯槽７２の内部の温度を上昇させるものである。

デバイスが備えるセンサは、少なくとも沸き上げ温度の設定を行うことでき、さらに貯湯槽７２の各部の温度を検出することができるものである。

上記のように構成されたヒートポンプ給湯器７０は、図２に示したヒートポンプ給湯器１３０−１として下位情報処理装置２０−１によって電力が制御される。

図６は、図５に示したヒートポンプ給湯器７０の電力制御を行う下位情報処理装置２０−１の機能構成を説明するためのブロック図である。

本形態における下位情報処理装置２０−１は図６に示すように、電気機器としてヒートポンプ給湯器７０の制御を扱うものである。下位情報処理装置２０−１は、図３に示した下位情報処理装置２０−ｎと同様に、動作時刻取得部２１と、環境情報取得部２２と、内部情報取得部２３と、電力消費量推定部２４と、制御量設定部２５とを備えている。また、ヒートポンプ給湯器７０は、上述したように、貯湯槽７２と、ヒートポンプ７１と、太陽熱集熱器７３と、各種センサ・設定入力装置７４とを有している。

内部情報取得部２３は、ヒートポンプ給湯器７０の動作電力と、貯湯槽７２の内部温度分布とをセンサ７４から取得する。貯湯槽７２とヒートポンプ７１にセンサ７４が接続されているため、内部情報取得部２３は、貯湯槽７２の内部温度分布をセンサ７４から取得することができる。

環境情報取得部２２は、制御の前日中に、外気温、外部湿度、日射量の予測値を、外部の気象予報データから取得する。

動作時刻取得部２１は、各時刻までに最低限必要な給湯需要をあらかじめ取得する。

電力消費量推定部２４は、各時刻に機器を動かした際のヒートポンプ給湯器７０の電力消費量の推定値を算出する。

ここでは、各時刻の成績係数（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）を用いて、電力消費量の推定を行う。

まず、本システムにおいてＣＯＰの定義は、下記式（１）で示される。

また、ＣＯＰは外気温、外湿度、沸き上げ温度、入水温度の関係として表すこともできる。これは例えば、環境情報取得部２２及び内部情報取得部２３において取得された外気温、外湿度、沸き上げ温度、入水温度の過去実績値から、下記式（２）で示されるような線形近似が可能である。

この他の方法としてサポートベクターマシン等の機械学習的手法を用いて外気温、外湿度、沸き上げ温度、入水温度の値とＣＯＰの関係を算出することもできる。このため、式（１）と式（２）とから、下記式（３）が示される。

各時刻に電気機器を動作させた際の電力消費量は式（３）から、その時刻の外気温、外湿度、沸き上げ温度、入水温度によって概ね決定される。ここで、各時刻の外気温、外湿度は、予測値として環境情報取得部２２から電力消費量推定部２４に与えられ、沸き上げ温度は、制御に係るパラメータである。そのため、電力消費量推定部２４は、各時刻の入水温度を算出することで、各時刻の電力消費量を推定することができる。

ここで、各時刻の入水温度は、過去の出水温度の制御結果に依存するため、無数の各時刻の出水温度設定の組み合わせに対して、入水温度を計算することは好ましくない。そのため、ここでは、各時刻の入水温度を概算する方法の一例を示す。

各時刻の入水温度を概算する方法は、主に２つのステップに分けることができる。１つ目のステップでは、ヒートポンプ給湯器７０が動作していない場合における、各時刻の貯湯槽７２内部の温度分布を算出する。２つ目のステップでは、ヒートポンプ給湯器７０の連続動作開始時刻毎に、１つ目のステップで算出された貯湯槽７２内部の温度分布に基づいて、ヒートポンプ給湯器７０が動作した状態における各時刻の入水温度を決定する。

図７は、図５に示したヒートポンプ給湯器７０が動作していない場合における貯湯槽７２内部の温度分布の算出方法を説明するための図である。

１つ目のステップでは、まず、ヒートポンプ給湯器７０の貯湯槽７２内部の温度分布を、図７に示すように複数の層で分割する。そして、ヒートポンプ給湯器７０が動作しない状態が今後続いたと仮定して各層毎の温度Ｔ１〜Ｔｎの時間発展を解く。この時に対象となるモデルは、貯湯槽７２内部の熱流、貯湯槽７２の熱損失、太陽熱集熱器７３の発熱量、給湯需要である。これらを扱うモデルは、各時刻の外気温、外湿度、日射量、給湯需要の予測値及び、貯湯槽７２内部の温度分布の初期状態によって逐次的に計算可能で、各時刻の貯湯槽７２の内部の温度分布を算出することができる。

図８は、図５に示したヒートポンプ給湯器７０の各時刻の電力消費量の推定方法を説明するための図である。

２つ目のステップでは、ある時刻にヒートポンプ給湯器７０が一定の沸きだし温度で動作を開始したと仮定し、貯湯槽７２内部の水が下から順に利用した場合の、各時刻の入水温度を算出する。つまり、Ｔｎから降順に入水温度が変化すると仮定して式（３）を計算する。この操作を、各時刻ステップに対して行う。これにより、図８に示すような、将来の経過時刻と、ヒートポンプ給湯器７０の稼働経過時間とを軸とした電力消費量推定値の３次元情報を算出することができる。このような構成とすることで、将来の経過時刻と、ヒートポンプ給湯器７０の稼働経過時間とを鑑みた電力制御を行うことが可能となる。

このように本形態においては、電力消費量推定部２４が、ヒートポンプ給湯器７０が動作していない場合におけるヒートポンプ給湯器７０の内部の状態を算出する。そして、電力消費量推定部２４は、この内部の状態に基づいて、その後、ヒートポンプ給湯器７０が動作した場合の電力消費量を推定することになる。

また、本形態においては、制御量設定部２５が、電力消費量推定部２４にて推定された電力消費量を上位情報処理装置１０に送信せず、電力消費量推定部２４にて推定された電力消費量に基づいて、ヒートポンプ給湯器７０の制御を行う。

図９は、図５に示したヒートポンプ給湯器７０の放電対象期間における、各時刻の電力消費量から稼働スケジュールを決定する方法を説明するための図である。なお、図９は、図８で得られた３次元グラフを等高線表示に変換したものである。

太陽光発電による電力余剰を吸収するためには、電力余剰が発生する時間帯のうち、ヒートポンプ給湯器７０の電力消費量の総和が最も多くなる時間帯に、ヒートポンプ給湯器７０を動作させる。それにより、より効率的に電力需給を行うことができる。つまり、図９の中で、ヒートポンプ給湯器７０の稼働状態を示す直線が、電力消費量が最も大きなものとなるように、稼働開始時刻を設定すればよい。なお、ヒートポンプ給湯器７０の稼働状態を示す直線で得られるエネルギーは、動作時刻取得部２１で取得した最低限必要な給湯需要エネルギーよりも大きな値を設定する。また、式（３）により、ヒートポンプ給湯器７０の稼働時の沸き上げ温度の設定を変更し、図９に示す結果を調整することによって、所望の電力消費量に調整することができる。

（変形例）
上述したエネルギー制御方法を、上位情報処理装置１０を用いることなく実施することもできる。

図１０は、上位情報処理装置を用いることなくエネルギー制御方法を実施する基本構成を示す図である。

本構成は図１０に示すように、１つの情報処理装置２２０に複数の電気機器２３０−１〜２３０−ｎが接続されて構成されている。

情報処理装置２２０は、本発明のエネルギー制御装置となるものである。情報処理装置２２０は、パラメータ取得部２２１と、電力消費量推定部２２４と、制御量設定部２２５とを有している。

パラメータ取得部２２１は、本発明のパラメータ取得手段となるものである。パラメータ取得部２２１は、接続された電気機器２３０−１〜２３０−ｎについて、電気機器２３０−１〜２３０−ｎの状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得する。

電力消費量推定部２２４は、本発明の電力消費量推定手段となるものである。電力消費量推定部２２４は、パラメータ取得部２２１にて取得されたパラメータに基づいて電気機器２３０−１〜２３０−ｎの電力消費量を推定する。

制御量設定部２２５は、本発明の制御量設定手段となるものである。制御量設定部２２５は、所定の電力網における電力需給能力と、電力消費量推定部２２４にて推定された電気機器２３０−１〜２３０−ｎの電力消費量とに基づいて、電気機器２３０−１〜２３０−ｎの需給調整分担の割り当てを決定する。そして、制御量設定部２２５は、決定した割り当てに基づいて電気機器２３０−１〜２３０−ｎの動作を制御することにより、電気機器２３０−１〜２３０−ｎに対する電力供給量を調整する。

図１１は、図１０に示した情報処理装置２２０の機能構成を示すブロック図である。

図１１に示すように情報処理装置２２０は、図３に示した下位情報処理装置と同様に、動作時刻取得部２２１と、環境情報取得部２２２と、内部情報取得部２２３と、電力消費量推定部２２４と、制御量設定部２２５とを備えている。なお、動作時刻取得部２２１、環境情報取得部２２２及び内部情報取得部２２３が、図１０に示したパラメータ取得部２２６を構成する。また、電気機器２３０−１〜２３０−ｎはそれぞれ、電力消費部２３１と、機器稼働対象２３２と、各種センサ部２３３とを有している。

動作時刻取得部２２１、環境情報取得部２２２、内部情報取得部２２３及び電力消費量推定部２２４は、図３に示したものと同様に動作する。

制御量設定部２２５は、電力網２４４における電力需給能力と、電力消費量推定部２２４で推定された電力消費量の推定値と、動作時刻取得部２２１で取得された時間帯情報とに基づいて、電気機器２３０−１〜２３０−ｎの需給調整分担の割り当てを決定する。そして、制御量設定部２２５は、決定した割り当てに基づいて電気機器２３０−１〜２３０−ｎの動作を制御することにより、電気機器２３０−１〜２３０−ｎに対する電力供給量を調整する。

このように、上位情報処理装置を用いることなく、例えば、家庭内の電気機器について電力供給量を調整することができる。

上述したように本発明においては、電力需給調整能力として需要家の電気機器を利用する際に、需要調整能力を定量化し、適切な需要スケジュールを設定することになる。それにより、デマンドレスポンスの効果を明示し、他の需給調整分担の併用を容易にすることができる。

また、今後の各時刻に対象の需要家機器の動作を行うと想定した際に、対象の需要家機器の電力消費量を図８や図９に示したような形態で網羅的に表示することで、デマンドレスポンスのスケジュール設定を容易にすることができる。

上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には、限られない。

（付記１）
電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する下位情報処理装置と、
前記下位情報処理装置と通信する上位情報処理装置とを有し、
前記下位情報処理装置は、前記電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得し、前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定し、推定した電力消費量の推定値を前記上位情報処理装置に送信し、
前記上位情報処理装置は、所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定し、決定した割り当てを前記下位情報処理装置に送信し、
前記下位情報処理装置は、前記割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整するエネルギー制御システム。

（付記２）
付記１に記載のエネルギー制御システムにおいて、
前記下位情報処理装置は、
少なくとも外気温、外気温、日射量、需要家行動のいずれか１つの環境情報を前記パラメータとして取得する環境情報取得手段と、
前記電気機器の動作条件を示す動作条件情報を前記パラメータとして取得する内部情報取得手段と、
前記環境情報と前記動作条件情報とに基づいて、前記電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定手段と、
前記推定された電力消費量を前記上位情報処理装置に送信し、前記上位情報処理装置にて当該電力消費量の推定値に基づいて決定された前記分担の割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する制御量設定手段とを有するエネルギー制御システム。

（付記３）
付記２に記載のエネルギー制御システムにおいて、
前記下位情報処理装置は、
前記電気機器が動作する動作予定時間帯を示す時間帯情報を前記パラメータとして取得する動作時刻取得手段を有し、
前記制御量設定手段が、前記推定された電力消費量とともに、前記時間帯情報と、前記動作条件情報に含まれる情報のうち少なくとも前記電気機器の電力効率を示す電力効率情報とを前記上位情報処理装置に送信し、
前記上位情報処理装置は、前記電力網全体の電力供給量が所定値以上となる時間帯に、前記電力効率が一定以上となる電気機器が動作し、前記電力供給量が所定値未満となる時間帯に、前記電力効率が一定未満となる電気機器が動作するように、前記分担の割り当てを決定するエネルギー制御システム。

（付記４）
付記１乃至３のいずれかに記載のエネルギー制御システムにおいて、
前記下位情報処理装置は、前記電気機器が動作していない場合における当該電気機器の内部の状態を算出し、該内部の状態に基づいて、当該電気機器がその後動作した場合の電力消費量を推定するエネルギー制御システム。

（付記５）
付記１乃至４のいずれかに記載のエネルギー制御システムにおいて、
前記下位情報処理装置は、前記パラメータに基づいて、将来の経過時刻と、前記電気機器の稼働経過時間とを軸とした電力消費量推定値の３次元情報を算出するエネルギー制御システム。

（付記６）
少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定手段と、
所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定し、該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する制御量設定手段とを有するエネルギー制御装置。

（付記７）
少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得処理と、
前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定処理と、
所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定する割り当て決定処理と、
該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する調整処理とを有するエネルギー制御方法。

（付記８）
コンピュータに、
少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得手順と、
前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定手順と、
所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整の分担の割り当てを決定する割り当て決定手順と、
該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する調整手順とを実行させるためのプログラムが記録された記録媒体。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１４年４月２８日に出願された日本出願特願２０１４−９２７９５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

図３は、図２に示した下位情報処理装置２０−１〜２０−ｎの機能構成を示すブロック図である。なお、図３においては、下位情報処理装置２０−ｎの構成を示しているが、他の下位情報処理装置の構成も同様である。

動作時刻取得部２１は、本発明の動作時刻取得手段となるものである。動作時刻取得部２１は、制御対象となる電気機器３０−１〜３０−ｎについて、需要家が機器を利用する動作予定時間帯を示す時間帯情報を取得する。動作予定時間帯は、例えば、需要家が設定してもよいし、需要家の行動推定等から予測した値を利用してもよい。また、動作予定時間帯は、照明や空調のように、需要家が機器を利用したい時間帯に電力消費が発生する機器であれば、需要家が機器を利用したい時間が動作予定時間帯となる。また一方で、貯湯槽付き給湯器や電気自動車の充電のように、ある一定時刻までに一定量のエネルギーを集め、後で需要家が機器利用する場合であれば、動作が終了すべき時刻のうち最も遅い時刻とその時に必要とされる積算エネルギー量とを指定することで、動作予定時間帯とすることができる。

また、電気機器３０−ｎは、電力消費部３１と、機器稼働対象３２と、各種センサ部３３とを有している。

・・・（３）

２つ目のステップでは、ある時刻にヒートポンプ給湯器７０が一定の沸きだし温度で動作を開始したと仮定し、貯湯槽７２内部の水が下から順に利用した場合の、各時刻の入水温度を算出する。つまり、Ｔｎから降順に入水温度が変化すると仮定して式（３）を計算する。この操作を、各時刻ステップに対して行う。これにより、図８に示すような、時刻と、ヒートポンプ給湯器７０の稼働経過時間とを軸とした電力消費量推定値の３次元情報を算出することができる。このような構成とすることで、時刻と、ヒートポンプ給湯器７０の稼働経過時間とを鑑みた電力制御を行うことが可能となる。

情報処理装置２２０は、本発明のエネルギー制御装置となるものである。情報処理装置２２０は、パラメータ取得部２２６と、電力消費量推定部２２４と、制御量設定部２２５とを有している。

パラメータ取得部２２６は、本発明のパラメータ取得手段となるものである。パラメータ取得部２２６は、接続された電気機器２３０−１〜２３０−ｎについて、電気機器２３０−１〜２３０−ｎの状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得する。

電力消費量推定部２２４は、本発明の電力消費量推定手段となるものである。電力消費量推定部２２４は、パラメータ取得部２２６にて取得されたパラメータに基づいて電気機器２３０−１〜２３０−ｎの電力消費量を推定する。

Claims (8)

1. 電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する下位情報処理装置と、
   前記下位情報処理装置と通信する上位情報処理装置とを有し、
   前記下位情報処理装置は、前記電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得し、前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定し、推定した電力消費量の推定値を前記上位情報処理装置に送信し、
   前記上位情報処理装置は、所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定し、決定した割り当てを前記下位情報処理装置に送信し、
   前記下位情報処理装置は、前記割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整するエネルギー制御システム。
2. 請求項１に記載のエネルギー制御システムにおいて、
   前記下位情報処理装置は、
   少なくとも外気温、外気温、日射量、需要家行動のいずれか１つの環境情報を前記パラメータとして取得する環境情報取得手段と、
   前記電気機器の動作条件を示す動作条件情報を前記パラメータとして取得する内部情報取得手段と、
   前記環境情報と前記動作条件情報とに基づいて、前記電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定手段と、
   前記推定された電力消費量を前記上位情報処理装置に送信し、前記上位情報処理装置にて当該電力消費量の推定値に基づいて決定された前記分担の割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する制御量設定手段とを有するエネルギー制御システム。
3. 請求項２に記載のエネルギー制御システムにおいて、
   前記下位情報処理装置は、
   前記電気機器が動作する動作予定時間帯を示す時間帯情報を前記パラメータとして取得する動作時刻取得手段を有し、
   前記制御量設定手段が、前記推定された電力消費量とともに、前記時間帯情報と、前記動作条件情報に含まれる情報のうち少なくとも前記電気機器の電力効率を示す電力効率情報とを前記上位情報処理装置に送信し、
   前記上位情報処理装置は、前記電力網全体の電力供給量が所定値以上となる時間帯に、前記電力効率が一定以上となる電気機器が動作し、前記電力供給量が所定値未満となる時間帯に、前記電力効率が一定未満となる電気機器が動作するように、前記分担の割り当てを決定するエネルギー制御システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギー制御システムにおいて、
   前記下位情報処理装置は、前記電気機器が動作していない場合における当該電気機器の内部の状態を算出し、該内部の状態に基づいて、当該電気機器がその後動作した場合の電力消費量を推定するエネルギー制御システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエネルギー制御システムにおいて、
   前記下位情報処理装置は、前記パラメータに基づいて、将来の経過時刻と、前記電気機器の稼働経過時間とを軸とした電力消費量推定値の３次元情報を算出するエネルギー制御システム。
6. 少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
   前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定手段と、
   所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定し、該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する制御量設定手段とを有するエネルギー制御装置。
7. 少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得処理と、
   前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定処理と、
   所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整分担の割り当てを決定する割り当て決定処理と、
   該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する調整処理とを有するエネルギー制御方法。
8. コンピュータに、
   少なくとも２つの電気機器について、当該電気機器の状況に応じて電力消費量を推定するためのパラメータを取得するパラメータ取得手順と、
   前記パラメータに基づいて当該電気機器の電力消費量を推定する電力消費量推定手順と、
   所定の電力網における電力需給能力と前記推定値とに基づいて、前記電力網における前記電気機器の電力の需給調整の分担の割り当てを決定する割り当て決定手順と、
   該割り当てに基づいて前記電気機器の動作を制御することにより、当該電気機器に対する電力供給量を調整する調整手順とを実行させるためのプログラムが記録された記録媒体。

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