WO2015159682A1 - 電力制御ネットワークシステム、制御装置および制御プログラム - Google Patents

電力制御ネットワークシステム、制御装置および制御プログラム Download PDF

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WO2015159682A1
WO2015159682A1 PCT/JP2015/059645 JP2015059645W WO2015159682A1 WO 2015159682 A1 WO2015159682 A1 WO 2015159682A1 JP 2015059645 W JP2015059645 W JP 2015059645W WO 2015159682 A1 WO2015159682 A1 WO 2015159682A1
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power
packet
exchange
node
pair
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PCT/JP2015/059645
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山中　直明
草詩 山本
康介 浅見
光泰 遠藤
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学校法人慶應義塾
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation

Definitions

  • the present invention relates to a technique for controlling power supply.
  • Smart grids have been proposed as a power transmission network that can control and optimize the flow of power from both the supply side and the consumption side (see, for example, Patent Documents 1 to 4).
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing an outline of control in a conventional smart grid.
  • a control server central server
  • power amount of supply
  • consumption for power plants, solar panels, EVs (electric vehicles), air conditioners, etc. included in a smart grid in a predetermined area to be managed.
  • Demand amount is controlled to be the same amount at the same time.
  • the smart grid is just like a pool. If the power generation amount is large, the pool water level increases, and if the consumption amount increases, the pool water level decreases.
  • the water level of the pool corresponds to voltage or frequency on the smart grid.
  • the control server shown in FIG. 1A controls the total amount of power generation and consumption. At that time, it is efficient to turn on the power generation equipment (power supply) that is the lowest cost among the necessary power generation and that is closer to the point of consumption. From the viewpoint of This is because if long-distance transmission is performed from a power source with a small power generation scale, power loss due to long-distance transmission occurs.
  • the present invention has been proposed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a mechanism capable of supplying power in a distributed manner with respect to individual power consumption.
  • the present invention is a system including a control network in which a plurality of power supply sources and a plurality of power consumption sources are connected by a power transmission network and overlaid on the power transmission network.
  • a node corresponding to the power consumption source in the control network includes a query packet transmitting means for transmitting a query packet for requesting a necessary power supply to a peripheral node when the node needs power consumption; ,
  • a reply packet receiving unit that receives a reply packet that is a response to the query packet, and a consumption management unit that selects a power supply source that covers power consumption based on the received reply packet.
  • FIG. (1) which shows the outline
  • FIG. (2) which shows the outline
  • FIG. (1) which shows the outline
  • FIG. (2) which shows the outline
  • FIG. (1) which shows the outline
  • FIG. (2) which shows the outline
  • FIG. 6 is a diagram (part
  • FIG. 10 is a diagram (part 2) illustrating an example of a query packet and a reply packet.
  • FIG. 10 illustrates an example of a query packet and a reply packet (part 3); It is a flowchart which shows the process example in 2nd Embodiment. It is a figure which shows the example of an exchange query packet. It is a figure which shows the example of judgment of pair exchange. It is a figure which shows the structural example of the system concerning 3rd Embodiment. It is a flowchart which shows the process example in 3rd Embodiment. It is a figure which shows the structural example of the system concerning 4th Embodiment. It is a figure which shows the example of the shuffle of the virtual network in 5th Embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram (part 3) illustrating an example of a priority curve; It is a flowchart which shows the process example in 8th Embodiment. It is a figure which shows the example of a change of a priority curve. It is a flowchart which shows the process example in 9th Embodiment. It is a figure which shows the structural example of the system concerning 10th Embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a system according to the first embodiment.
  • a control network 3 is constructed so as to overlay a power distribution network 2 covering a plurality of homes 1A, 1B, 1C,..., And nodes corresponding to the homes 1A, 1B, 1C,.
  • HEMS Home Energy Management System
  • controllers 4A, 4B, 4C, and so on are provided.
  • households 1A, 1B, 1C,... Always become a power consumption source, always become a power supply source, and become a power consumption source or a power supply source depending on the situation.
  • the homes 1A, 1B, 1C,... May include business establishments that perform power generation, not limited to individual homes.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the HEMS controller 4 (4A, 4B, 4C,).
  • the HEMS controller 4 includes an information display unit 41, an information input unit 42, a consumption management unit 43, a supply management unit 44, and a packet transmission / reception unit 45.
  • the information display unit 41 has a function of displaying various types of information to the user.
  • the information input unit 42 has a function of inputting various information from the user.
  • the consumption management unit 43 has a function of managing the power consumption of electrical appliances in the home 1 where the HEMS controller 4 is installed.
  • a query packet for searching for a power supply source that covers power demand is transmitted by the packet transmitting / receiving unit 45, and a reply packet is received in response thereto.
  • a power supply source is selected.
  • the use start time and power consumption are adjusted.
  • the power supply management unit 44 has a function of managing power supply (power sale) to another when the power generation facility is connected to the HEMS controller 4 and the own node becomes a power supply source.
  • a query packet for searching for a power supply source is received by the packet transmitter / receiver 45, a reply packet including a power cost and a distance index (information indicating a distance between the power consumption source and the power supply source) Transmitted by the packet transmitter / receiver 45.
  • the packet transmission / reception unit 45 has a function of transmitting / receiving various packets to / from peripheral nodes.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing in the first embodiment.
  • the consumption management unit 43 of the HEMS controller 4 on the consumption side waits for the occurrence of consumption (including the schedule) (step S101), and when consumption occurs (YES in step S101), the required power and usage Information such as time is acquired (step S102), and a query packet for requesting necessary power supply is transmitted in a broadcast format (step S103).
  • the HEMS controllers 4 of other nodes in the vicinity wait for reception of the query packet (step S104).
  • the HEMS controller 4 determines whether or not the predetermined range by the broadcast has been reached (step S105). If not reached (NO in step S105), the query packet is transferred to other nodes in the vicinity (step S106).
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which a range in which a query packet is transmitted is defined by the number of hops.
  • the number of hops is set to “2”. That is, when a query packet is broadcast from the power consumption source S, the query packet is transmitted to the nodes A21, A22, A23, B21, C21, C22, and D21 where the number of hops reaches “2”.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of defining a range in which a query packet is transmitted by an IP address.
  • an address is assigned in consideration of the structure of the power transmission network from the power plant, Based on the range. For example, addresses divided into 8 bits are provided hierarchically at the branch portion of each distribution network.
  • the power consumption source S is, for example, “128.255.48.7”
  • the adjacent nodes are all “128.25.48. **” nodes.
  • the node separated by another level is a node group of “128.25. ***. **”.
  • the supply management unit 44 of the HEMS controller 4 acquires information such as suppliable power and cost (power selling price) in its own node (step S ⁇ b> 107), and determines whether to respond to the query packet. (Step S108) When replying (YES in Step S108), a reply packet is returned (Step S109).
  • the consumption management unit 43 of the HEMS controller 4 that first transmitted the query packet waits for reception of the reply packet (step S110).
  • the reply packet is received (YES in step S110)
  • the power cost included in the reply packet and It is determined whether to accept power based on the distance index (step S111).
  • an optimal power supply source is selected from them.
  • step S111 When accepting power (YES in step S111), an acceptance packet is transmitted to the node of the power supply source (step S112), and the power, power cost, power supply source, etc. are recorded internally (step S113).
  • the supply management unit 44 of the HEMS controller 4 of another node waits for reception of the reception packet (step S114), and when receiving the reception packet (YES in step S114), records power, power cost, power consumption source, and the like. (Step S115).
  • FIG. 7 to 9 are diagrams showing examples of the query packet and the reply packet.
  • FIG. 7 is an example in which the query packet includes necessary power and usage time.
  • the reply packet includes the power to be supplied, the cost (power selling cost), and the number of hops (distance index between the power consumption source and its own power supply source).
  • FIG. 8 shows an example in which the query packet includes necessary power, usage time, and cost (purchase cost).
  • the reply packet includes the power to be supplied, the cost (power selling cost), and the number of hops.
  • the reply packet of the illustrated example it is assumed that a reply packet can be returned even when the power requested by the query packet cannot be satisfied. In other words, it is allowed to return an ambiguous answer.
  • the reply packet of the illustrated example the upper stage cannot satisfy the demand, but the cost is equal to the demand. In the lower part, power can meet the demand, but the cost is high.
  • the power consumption source that received this reply packet it is possible to select a power supply source that satisfies the required power even if the cost is high, and to reduce the power consumption (or lower the power if it is an air conditioner). It can also be used.
  • FIG. 9 is an example in which the query packet includes necessary power, usage time, and cost (purchase cost).
  • the reply packet includes the power to be supplied, the cost (power selling cost), the usage time, and the number of hops.
  • the usage time a time condition such as “after 2 hours” or “only 10 minutes” as shown in the figure can be entered. That is, an ambiguous answer is allowed with respect to time.
  • a cheaper power supply source can be selected in the case of consumption that can be changed in time.
  • the network configuration and the configuration of the HEMS controller 4 are the same as those shown in FIGS. 2 and 3, but a function for performing pair exchange using an exchange query packet is added to the consumption management unit 43 of the HEMS controller 4.
  • the pair management function may be performed by the supply management unit 44, or may be performed by the consumption management unit 43 and the supply management unit 44.
  • Processing until power consumption (including schedule) occurs and the first pair is formed for the power consumption is the same as that shown in FIG.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an example of processing in the second embodiment.
  • the consumption management unit 43 of the consumer-side HEMS controller 4 that has already formed a pair waits for the arrival of timing at regular or random time (step S201), and when the timing arrives (step S201). YES), information on the power, power cost, power consumption source (own node), power supply source, etc. of the pair already formed is acquired (step S202), and an exchange query packet requesting pair exchange is broadcast.
  • the data is transmitted in a format (step S203).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an exchange query packet, which includes “consumption position (power consumption source)”, “supply position (power supply source)”, “power”, “hop count”, and the like. Further, power cost and usage time may be included in the exchange query packet.
  • the consumption management unit 43 of the HEMS controller 4 of another node waits for the reception of the exchange query packet (step S204).
  • the exchange query packet is received (YES in step S204)
  • the consumption management unit 43 enters the predetermined range by broadcasting. It is determined whether or not the packet has arrived (step S205). If it has not been reached (NO in step S205), the query packet is transferred to other nodes in the vicinity (step S206).
  • the HEMS controller 4 obtains information on the power, power cost, power consumption source (own node), power supply source, and the like for that pair (or a plurality of pairs). It is acquired (step S207), the pair indicated by the exchange query packet is compared with the pair existing in the own node, and it is determined whether or not pair exchange is possible in consideration of a decrease in the distance index (step S208).
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of pair exchange determination.
  • a pair is formed between the node AS (consumption) and the node AD (supply), and a pair is formed between the node BS (consumption) and the node BD (supply). It is assumed that a pair is formed between the node CS (consumption) and the node CD (supply). In addition, the number between nodes has shown the hop number.
  • the node CS (consumption) receives the exchange query packet transmitted from the node AS (consumption)
  • step S208 if it is determined that the pair is to be replaced (YES in step S208), the record of the power supply of the own node is changed to that for the new pair, and the pair replacement is also performed for the partner node of the original pair. Notification is made to change the recording (step S209). Then, an exchange execution packet including information on pair exchange is returned to the node that sent the exchange query packet (step S210).
  • the node that sent the exchange query packet waits for the exchange execution packet to be received (step S211).
  • the exchange execution packet is received (YES in step S211)
  • the power consumption record is changed to that for the new pair.
  • the partner node of the original pair is notified of pair exchange and the record is changed (step S212).
  • a matching server is provided for pair exchange, and communication for pair exchange only needs to be performed with the matching server. Even if the target range of pair exchange is expanded, the communication amount becomes enormous. I try not to be.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a system according to the third embodiment.
  • a matching server 5 is provided on the control network 3.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of processing in the third embodiment.
  • the consumption management unit 43 of the consumer-side HEMS controller 4 that has already formed a pair waits for the arrival of timing at regular or random time (step S301), and when the timing arrives (step S301). YES), information on the power, power cost, power consumption source (own node), power supply source, etc. of the pair is acquired (step S302), and the pair information is transmitted to the matching server 5 (step S303).
  • Matching server 5 waits for reception of pair information (step S304).
  • pair information is received (YES in step S304)
  • the received pair information is temporarily held (step S305).
  • the matching server 5 performs matching between pairs for a plurality of pieces of temporarily stored pair information from the viewpoint of whether the distance index decreases due to pair exchange (step S306).
  • the exchange instruction is transmitted to the two pairs of nodes to be exchanged (step S308).
  • the pair information transmission source node waits to receive the exchange instruction (step S309).
  • the exchange instruction is received (YES in step S309)
  • the record of the power consumption is changed to that of the new pair
  • the pair partner node is also notified of pair exchange and the record is changed (step S310).
  • each node Since each node registers its pair information with the matching server 5 periodically or randomly, it is possible to reduce the total hop value by exchanging the pair that happens to be met on the matching server 5. be able to.
  • the possibility of pair exchange is determined by the short-term storage time t1 of the pair information in the matching server 5 and the period t2 of information registration from the node. That is, if t1 is lengthened and t2 is shortened, the possibility of replacement is improved.
  • the point that the amount of control packets can be extremely large is as described above.
  • the amount of communication is reduced by providing a matching server for pair exchange. However, the amount of communication with the matching server cannot be ignored, and further reduction is required.
  • a virtual agent synchronized with each HEMS controller is provided on the network (cloud), and communication between the virtual agents or between the virtual agent and the matching server is performed, so that the real network The amount of communication is reduced. Since the control packet is not flooded in the real network, the network is not filled with the control packet unlike the DOS attack.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of a system according to the fourth embodiment.
  • a virtual network 6 is provided, and virtual agents 7A, 7B, 7C,... Synchronized with the state of the HEMS controllers 4A, 4B, 4C,.
  • the change is reflected in the corresponding virtual agent 7A, 7B, 7C,. If there is any, it is reflected in the HEMS controllers 4A, 4B, 4C,.
  • the process for forming a pair when consumption occurs is the same as that shown in FIG.
  • the processing on the consuming side and other nodes in FIG. 10 is performed by the virtual agent 7 instead, and the resulting state is reflected on each HEMS controller 4.
  • the processing on the consuming side and the old and new counterpart nodes in FIG. 14 is performed instead by the virtual agent 7, and the resulting state is reflected on each HEMS controller 4.
  • the fifth embodiment extends the fourth embodiment and randomly shuffles the virtual network at a predetermined timing in order to mitigate the influence of a specific demanding user regarding a certain distance (within a region) pair.
  • the pair in this area is not fixed.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of shuffling of virtual networks in the fifth embodiment.
  • virtual agents in a certain area accommodated in a certain virtual network are randomly shuffled to be different virtual networks.
  • the housed state is shown.
  • the target range of the partner node that forms the pair changes, so it is possible to prevent uneven distribution of demand to specific users. can do.
  • Pair exchange and new pair formation are performed in a newly accommodated virtual network.
  • the increase in the number of control packets in the second embodiment is solved by providing a matching server.
  • P2P Point It is solved by To Point
  • the exchange query packet is not transmitted (forwarded) in all directions other than the entrance by broadcasting, but is sent (forwarded) in a random direction other than the entrance if the pair is not exchanged at the own node until the hop limit is reached. By doing so, the increase of the control packet is suppressed.
  • FIG. 17 is a flowchart showing an example of processing in the sixth embodiment.
  • the consumption management unit 43 of the consumer-side HEMS controller 4 that has already formed a pair waits for the arrival of timing at regular or random time (step S401), and when the timing arrives (step S401). YES), information on power, power cost, power consumption source (own node), power supply source, etc. for the pair is acquired (step S402), and an exchange query packet for requesting pair exchange is transmitted in one random direction. (Step S403).
  • the consumption management unit 43 of the HEMS controller 4 of the other node waits for the reception of the exchange query packet (step S404).
  • the exchange query packet is received (YES in step S404)
  • the pair indicated by the exchange query packet is compared with the pair existing in the own node, and it is determined whether or not pair exchange is possible in consideration of a decrease in the distance index (step S406).
  • step S406 If it is determined not to exchange the pair (NO in step S406), it is determined whether or not a predetermined range due to a hop limit or the like has been reached (step S407), and if not reached (NO in step S407) The query packet is transferred in one direction (step S408).
  • step S406 If it is determined that the pair is to be replaced (YES in step S406), the power supply record of the own node is changed to that for the new pair, and the pair replacement is also notified to the partner node of the original pair. The recording is changed (step S409). Then, an exchange execution packet including information on pair exchange is returned to the node that sent the exchange query packet (step S410).
  • the node that sent the exchange query packet waits for the exchange execution packet to be received (step S411).
  • the exchange execution packet is received (YES in step S411)
  • the record of power consumption is changed to that for the new pair.
  • the partner node of the original pair is notified of pair exchange and the record is changed (step S412).
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of transmission of an exchange query in the sixth embodiment, and illustrates a Manhattan network (a grid-like network) as an example.
  • a Manhattan network a grid-like network
  • the destination of the exchange query packet performs a random walk without returning at each intersection.
  • the exchange query packet transmitted from the power consumption source S first meets the node A. However, if there is no cost reduction effect due to pair exchange, the exchange query packet continues to be transferred. The cost is reduced by meeting the node E and exchanging the pair.
  • the seventh embodiment does not perform the pair formation processing by the query packet (FIG. 4) performed in the first embodiment, and forcibly forms a pair with the initial supply source secured in advance. It is designed to respond immediately to power consumption. After that, the pair exchange described in the second to sixth embodiments is performed, thereby rearranging to a more appropriate pair.
  • an initial supply source is prepared in preparation for newly generated demand. For example, a predetermined power generation device in the control network 3 is turned on, or a power supply source is secured by contracting with an electric power company.
  • FIG. 19 is a flowchart showing an example of processing in the seventh embodiment.
  • the consumption management unit 43 of the HEMS controller 4 on the consumption side waits for the occurrence of consumption (including the schedule) (step S501), and when consumption occurs (YES in step S501), the required power and usage Information such as time is acquired (step S502), and power acceptance using the initial supply source as a power supply source is recorded (step S503).
  • the power supply is also recorded on the pair of initial supply sources.
  • FIG. 20A shows an example (deadline type) in which the priority changes according to such time and becomes maximum at the deadline. t must is the deadline time.
  • FIG. 20B shows an example in which the priority changes according to such temperature.
  • Temp enable is an allowable temperature for storing food.
  • the priority may differ between changing the setting of the air conditioner's strength, weakness, or turning the light a little dark, and completely turning it off.
  • FIG. 20C shows an example in which the priority changes according to such power.
  • p min is the minimum allowable power.
  • FIG. 21 is a flowchart showing an example of processing in the eighth embodiment.
  • the consumption management unit 43 of the HEMS controller 4 on the consumption side waits for the arrival of timing with a lapse of regular time (step S601), and when the timing comes (YES in step S601) Information such as type, setting state, QoS degradation record, etc. (step S602), and a priority curve is set for each electrical appliance (step S603).
  • the priority curves include those shown in FIGS. 20A to 20C.
  • a standard priority curve is set for appliances for which QoS degradation has not been detected for the first time or for a predetermined period in the past, but for appliances for which QoS degradation has been detected for the past prescribed period. Resets in the direction of higher priority than before.
  • the deadline type priority curve the first one indicated by a solid line is changed to a one-dot chain line and the next is changed to a two-dot chain line. Further, when the priority is reset in the direction in which the priority is increased for some of the appliances, the priority curve is reset in the direction in which the priority is decreased for the other appliances.
  • the consumption management unit 43 monitors the QoS degradation for each electric appliance, and records the fact when the QoS degradation is detected (YES in step S604) (step S605).
  • the consumption management unit 43 waits for occurrence of consumption (including a schedule) (step S606), and when consumption occurs (YES in step S606), power, usage time, appliance ID, deadline, temperature, minimum Information such as power is acquired (step S607), and the current priority is acquired from a priority curve preset for each electrical appliance (step S608).
  • a cost (purchase cost) corresponding to the priority is acquired (step S609). For example, the cost is increased according to the priority.
  • a query packet requesting necessary power supply is transmitted (step S610). The processing after transmitting the query packet is the same as that shown in FIG.
  • the priority may be included in the query packet so that the power supply source node replies in consideration of the priority.
  • FIG. 23 is a flowchart showing an example of processing in the ninth embodiment.
  • the information input unit 42 of the HEMS controller 4 waits for the user to press the “No” button (step S701), and when the “No” button is pressed (YES in step S701), The fact is recorded (step S702).
  • the control process is the same as that shown in FIG. 21, but in the information acquisition (step S602), the priority curve is set (step S603) by referring to the record of the number of times the “No” button is pressed within a predetermined period. ) Is reflected (the more times the “No” button is pressed, the more difficult it is to control according to the priority).
  • FIG. 24 is a diagram showing a configuration example of a system according to the tenth embodiment, and an authentication server 8 is newly provided on the control network 3 for exchanging queries.
  • the authentication server 8 holds information regarding inappropriate transactions.
  • Each HEMS controller 4 can inquire the reliability of the received query or the returned query to the authentication server 8, and the authentication server 8 determines the reliability of the query based on the information on the inappropriate transaction held. To respond.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

　個々の電力消費に対して分散的に電力供給を行うことができる仕組を提供する。本発明の一態様は、複数の電力供給源と複数の電力消費源とが送電ネットワークで接続され、前記送電ネットワークにオーバーレイされた制御ネットワークを備えたシステムであって、前記制御ネットワークにおける前記電力消費源に対応するノードは、当該ノードで電力消費が必要となった場合に、周辺ノードに対して必要な電力供給を要求するクエリパケットを送信するクエリパケット送信手段と、前記クエリパケットへの応答であるリプライパケットを受信するリプライパケット受信手段と、受信したリプライパケットに基づいて電力消費を賄う電力供給源を選択する消費管理手段とを備える。

Description

電力制御ネットワークシステム、制御装置および制御プログラム
　本発明は電力供給を制御する技術に関する。
　電力の流れを供給側・消費側の両方から制御し、最適化できる送電ネットワークとして、スマートグリッドが提案されている（例えば、特許文献１～４等を参照。）。
　図１Ａおよび図１Ｂは従来のスマートグリッドにおける制御の概要を示す図である。図１Ａにおいて、コントロールサーバ（中央サーバ）は、管理する所定の領域において、スマートグリッドに含まれる発電所、太陽光パネル、ＥＶ（Electric Vehicle）、エアコン等について、発電量（供給量）と消費量（需要量）を同時同量となるように制御する。
　図１Ｂに示すように、ちょうどスマートグリッドが１つのプールのような存在であり、発電量が大きければプールの水位は上がり、消費量が多くなればプールの水位は低下する。ここで、プールの水位は、スマートグリッド上では電圧や周波数に相当する。
特開２０１１－３６１１８号公報 特表２０１１－５２３５４５号公報 特表２０１３－５３９３３７号公報 特開２０１４－１８０５９号公報
　図１Ａに示したコントロールサーバは発電と消費の総量をコントロールするが、その際、必要な発電のうち、最もコストが低く、さらに消費の地点に近い発電設備（電源）をオンにすることが効率の観点からは望まれる。発電規模が小さい電源から長距離の送電を行ってしまうと、長距離送電による電力ロスが発生してしまうからである。
　ただし、そのような制御を行うためには、各消費がどの地点（位置）で、どのくらいの時間にわたって行われるのか、さらに、発電側についても、どの地点で、いくらで、どのくらいの時間にわたって供給可能であるのかを把握し、集中制御しなければならない。そのため、制御のための通信が膨大となり、制御が複雑になりすぎるため、実現が困難であり、現在は総量のみの制御に留まっている。
　本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、個々の電力消費に対して分散的に電力供給を行うことができる仕組を提供することにある。
　上記の課題を解決するため、本発明にあっては、複数の電力供給源と複数の電力消費源とが送電ネットワークで接続され、前記送電ネットワークにオーバーレイされた制御ネットワークを備えたシステムであって、前記制御ネットワークにおける前記電力消費源に対応するノードは、当該ノードで電力消費が必要となった場合に、周辺ノードに対して必要な電力供給を要求するクエリパケットを送信するクエリパケット送信手段と、前記クエリパケットへの応答であるリプライパケットを受信するリプライパケット受信手段と、受信したリプライパケットに基づいて電力消費を賄う電力供給源を選択する消費管理手段とを備える。
　本発明にあっては、個々の電力消費に対して分散的に電力供給を行うことができる仕組を提供することができる。
従来のスマートグリッドにおける制御の概要を示す図（その１）である。 従来のスマートグリッドにおける制御の概要を示す図（その２）である。 第１の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図である。 ＨＥＭＳコントローラの構成例を示す図である。 第１の実施形態における処理例を示すフローチャートである。 ホップ数によりクエリパケットを送信する範囲を規定する例を示す図である。 ＩＰアドレスによりクエリパケットを送信する範囲を規定する例を示す図である。 クエリパケットとリプライパケットの例を示す図（その１）である。 クエリパケットとリプライパケットの例を示す図（その２）である。 クエリパケットとリプライパケットの例を示す図（その３）である。 第２の実施形態における処理例を示すフローチャートである。 交換クエリパケットの例を示す図である。 ペア交換の判断の例を示す図である。 第３の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図である。 第３の実施形態における処理例を示すフローチャートである。 第４の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図である。 第５の実施形態における仮想ネットワークのシャッフルの例を示す図である。 第６の実施形態における処理例を示すフローチャートである。 第６の実施形態における交換クエリの送信の例を示す図である。 第７の実施形態における処理例を示すフローチャートである。 プライオリティカーブの例を示す図（その１）である。 プライオリティカーブの例を示す図（その２）である。 プライオリティカーブの例を示す図（その３）である。 第８の実施形態における処理例を示すフローチャートである。 プライオリティカーブの変更の例を示す図である。 第９の実施形態における処理例を示すフローチャートである。 第１０の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図である。
　以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。
　＜第１の実施形態＞
　図２は第１の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図である。
　図２において、複数の家庭１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、・・をカバーする電力配電ネットワーク２にオーバレイする形で制御ネットワーク３が構築されており、各家庭１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、・・に対応するノードとしてＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、・・が設けられている。なお、家庭１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、・・には、常に電力消費源になるものと、常に電力供給源になるものと、状況に応じて電力消費源になったり電力供給源になったりするものとがある。また、家庭１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、・・には、個人の家庭に限らず、発電を行う事業者の事業所が含まれていてもよい。
　図３はＨＥＭＳコントローラ４（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、・・）の構成例を示す図である。
　図３において、ＨＥＭＳコントローラ４は、情報表示部４１と情報入力部４２と消費管理部４３と供給管理部４４とパケット送受信部４５とを備えている。
　情報表示部４１は、ユーザに対して各種の情報の表示を行う機能を有している。情報入力部４２は、ユーザから各種の情報の入力を行う機能を有している。
　消費管理部４３は、ＨＥＭＳコントローラ４が設置された家庭１内の電化製品の電力消費を管理する機能を有している。特に、電化製品の使用開始または使用予約が行われた場合に、電力需要を賄う電力供給源を探索するためのクエリパケットの送信をパケット送受信部４５により行い、それに応答するリプライパケットが受信された場合に、電力供給源を選択する。また、電化製品が対応していれば、使用開始時間や消費電力の調整も行う。
　供給管理部４４は、ＨＥＭＳコントローラ４に発電設備が接続されていて、自ノードが電力供給源になる場合に、他への電力供給（売電）を管理する機能を有している。特に、電力供給源を探索するためのクエリパケットをパケット送受信部４５により受信した場合に、電力コストや距離指標（電力消費源と電力供給源の間の距離を示す情報）を含めたリプライパケットをパケット送受信部４５により送信する。
　パケット送受信部４５は、各種のパケットを周辺ノードとの間で送受信する機能を有している。
　図４は第１の実施形態における処理例を示すフローチャートである。
　図４において、消費側のＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、消費（予定も含む）の発生を待機し（ステップＳ１０１）、消費が発生すると（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、必要とする電力、使用時間等の情報を取得し（ステップＳ１０２）、必要な電力供給を要求するクエリパケットをブロードキャストの形式で送信する（ステップＳ１０３）。
　周辺の他のノードのＨＥＭＳコントローラ４は、クエリパケットの受信を待機し（ステップＳ１０４）、クエリパケットを受信すると（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、ブロードキャストによる所定範囲に到達したか否か判断し（ステップＳ１０５）、到達していない場合（ステップＳ１０５のＮＯ）は周辺の他のノードにクエリパケットを転送する（ステップＳ１０６）。
　図５はホップ数によりクエリパケットを送信する範囲を規定する例を示す図であり、ホップ数を「２」とした例である。すなわち、電力消費源Ｓからクエリパケットをブロードキャストする場合、ホップ数が「２」に達するノードＡ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ｂ２１、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｄ２１までクエリパケットが送信される。
　図６はＩＰアドレスによりクエリパケットを送信する範囲を規定する例を示す図であり、より高度に隣接関係を決めるため、発電所からの送電網の構造を考えてアドレスを付与し、そのアドレスに基づいて範囲を決めている。各配電ネットワークの分岐部分で、例えば、８ｂｉｔずつに区切られたアドレスを階層的に付与する。この方法では、電力消費源Ｓを例えば「１２８．２５．４８．７」とすると、隣接ノードは「１２８．２５．４８．＊＊」すべてのノードとなる。また、もう１段階だけ離れたノードは「１２８．２５．＊＊．＊＊」のノード群となる。
　図４に戻り、ＨＥＭＳコントローラ４の供給管理部４４は、自ノードでの供給可能電力、コスト（売電価格）等の情報を取得し（ステップＳ１０７）、クエリパケットに応答するか否か判断し（ステップＳ１０８）、応答する場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、リプライパケットを返信する（ステップＳ１０９）。
　最初にクエリパケットを送信したＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、リプライパケットの受信を待機し（ステップＳ１１０）、リプライパケットを受信すると（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、そのリプライパケットに含まれる電力コストおよび距離指標に基づいて電力を受け入れるか否か判断する（ステップＳ１１１）。複数のリプライパケットを受信した場合には、その中から最適な電力供給源を選択することになる。
　電力を受け入れる場合（ステップＳ１１１のＹＥＳ）、電力供給源のノードに対して受入パケットを送信し（ステップＳ１１２）、内部的に、電力、電力コスト、電力供給源等を記録する（ステップＳ１１３）。
　他のノードのＨＥＭＳコントローラ４の供給管理部４４は、受入パケットの受信を待機し（ステップＳ１１４）、受入パケットを受信すると（ステップＳ１１４のＹＥＳ）、電力、電力コスト、電力消費源等を記録する（ステップＳ１１５）。
　図７～図９はクエリパケットとリプライパケットの例を示す図である。
　図７は、クエリパケットに、必要とする電力と使用時間とを含めた例である。このクエリパケットに対し、リプライパケットには、供給する電力とコスト（売電コスト）とホップ数（電力消費源と自己の電力供給源との距離指標）とを含めている。この例では、クエリパケットで要求する電力と使用時間を満たすことのできるノードだけがリプライパケットを返すことを想定している。そして、電力消費源はコストとホップ数に基づいて最適な電力供給源を選択する。例えば、Ｃｏｓｔをコスト、Ｋを定数（例えば、５円）、ｈｏｐをホップ数として、
　Ｃ　＝　Ｃｏｓｔ　＋　Ｋ・ｈｏｐ
を計算し、Ｃが最も小さい電力供給源を選択する。これにより、地消地産のために、ホップ数が短く、かつ、低価格の売電ノードを自動選択することができる。
　図８は、クエリパケットに、必要とする電力と使用時間とコスト（購入コスト）を含めた例である。このクエリパケットに対し、リプライパケットには、供給する電力とコスト（売電コスト）とホップ数とを含めている。この例では、クエリパケットで要求する電力を満たせない場合でも、リプライパケットを返すことができるものとしている。すなわち、あいまいな答えを返すことを許容している。図示の例のリプライパケットでは、上段は、電力は要求を満たせないが、コストは要求と同等である。下段は、電力は要求を満たせるが、コストは高い。このリプライパケットを受信した電力消費源では、コストは高くても要求した電力を満たす電力供給源を選択することもできるし、消費電力を抑えて（エアコンであればパワーを下げて）安い電力を使用することもできる。
　図９は、クエリパケットに、必要とする電力と使用時間とコスト（購入コスト）を含めた例である。このクエリパケットに対し、リプライパケットには、供給する電力とコスト（売電コスト）と使用時間とホップ数とを含めている。使用時間としては、図示のような「２時間後から」とか「１０ｍｉｎのみ」とかという時間条件を入れることができる。すなわち、時間に対して、あいまいな回答を行うことを許容している。このリプライパケットを受信した電力消費源では、時間的に変更が可能な消費の場合は、より安い電力供給源を選択することができる。
　＜第２の実施形態＞
　第２の実施形態は、上述した第１の実施形態の処理により個々の消費電力について電力消費源と電力供給源とを対応付けてペアを形成した後に、より最適なペアを形成するために、他のノードで形成されているペアと交換を行うようにしている。
　ネットワーク構成およびＨＥＭＳコントローラ４の構成は図２および図３に示したのと同様であるが、ＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３には交換クエリパケットを用いてペア交換を行う機能が付加される。なお、ペア交換の機能は供給管理部４４が担ってもよいし、消費管理部４３と供給管理部４４で担ってもよい。
　電力消費（予定を含む）が発生し、その電力消費について最初のペアが形成されるまでの処理は図４に示したのと同様である。
　図１０は第２の実施形態における処理例を示すフローチャートである。
　図１０において、既にペアを形成している消費側のＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、定期的またはランダムな時間経過によりタイミングの到来を待機し（ステップＳ２０１）、タイミングが到来すると（ステップＳ２０１のＹＥＳ）、既に形成しているペアについての電力、電力コスト、電力消費源（自ノード）、電力供給源等の情報を取得し（ステップＳ２０２）、ペア交換を要求する交換クエリパケットをブロードキャストの形式で送信する（ステップＳ２０３）。図１１は交換クエリパケットの例を示す図であり、「消費位置（電力消費源）」「供給位置（電力供給源）」「電力」「ホップ数」等を含んでいる。なお、更に電力コストや使用時間を交換クエリパケットに含ませてもよい。
　図１０に戻り、他のノードのＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、交換クエリパケットの受信を待機し（ステップＳ２０４）、交換クエリパケットを受信すると（ステップＳ２０４のＹＥＳ）、ブロードキャストによる所定範囲に到達したか否か判断し（ステップＳ２０５）、到達していない場合（ステップＳ２０５のＮＯ）は周辺の他のノードにクエリパケットを転送する（ステップＳ２０６）。
　次いで、ＨＥＭＳコントローラ４は、自ノードで形成しているペアがあれば、そのペア（複数のペアでも可）についての電力、電力コスト、電力消費源（自ノード）、電力供給源等の情報を取得し（ステップＳ２０７）、交換クエリパケットの示すペアと自ノードに存在するペアとを比較し、距離指標が少なくなることを考慮してペア交換の可否を判断する（ステップＳ２０８）。
　図１２はペア交換の判断の例を示す図であり、ノードＡＳ（消費）とノードＡＤ（供給）の間でペアが形成され、ノードＢＳ（消費）とノードＢＤ（供給）の間でペアが形成され、ノードＣＳ（消費）とノードＣＤ（供給）の間でペアが形成されているものとしている。なお、ノード間の数字はホップ数を示している。
　ここで、ノードＡＳ（消費）から交換クエリパケットを送信し、それをノードＢＳ（消費）が受信したとすると、それまでのホップ数の合計が１０＋１０＝２０であるのに対し、ペア交換をしたとした場合（ノードＡＳ（消費）とノードＢＤ（供給）のペアと、ノードＢＳ（消費）とノードＡＤ（供給）のペアに組み替え）のホップ数の合計は３＋３＝６となり、距離指標が少なくなるため、ペア交換すると判断される。
　また、ノードＡＳ（消費）から送信された交換クエリパケットをノードＣＳ（消費）が受信したとすると、それまでのホップ数の合計が１０＋１０＝２０であるのに対し、ペア交換をしたとした場合（ノードＡＳ（消費）とノードＣＤ（供給）のペアと、ノードＣＳ（消費）とノードＡＤ（供給）のペアに組み替え）のホップ数の合計は３＋２５＝２８となり、距離指標が大きくなるため、ペア交換しないと判断される。
　図１０に戻り、ペア交換すると判断された場合（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、自ノードの電力供給の記録を新たなペアについてのものに変更し、元のペアの相手ノードに対してもペア交換を通知して記録を変更させる（ステップＳ２０９）。そして、交換クエリパケットの送信元のノードにペア交換についての情報を含む交換実行パケットを返送する（ステップＳ２１０）。
　交換クエリパケットの送信元のノードは、交換実行パケットの受信を待機し（ステップＳ２１１）、交換実行パケットを受信すると（ステップＳ２１１のＹＥＳ）、電力消費の記録を新たなペアについてのものに変更し、元のペアの相手ノードに対してもペア交換を通知して記録を変更させる（ステップＳ２１２）。
　このように、たまたま形成されているペアについても、常に距離が短くなるように、自動的なマッチングが非同期かつ分散で行なわれる。
　＜第３の実施形態＞
　上述した第２の実施形態では、ペア交換により理想的な組み合わせに導いていくことができるが、各ノードがブロードキャストクエリを頻繁に送ることになるため、制御パケット量が極めて大きくなることが想定される。また、そのブロードキャストパケットはフラッティングするので、ホップリミット（Hop Limit）を小さくしないと、やはり非常に大量のクエリが発生する。そのため、小さな範囲のみの探索しかできず、限られたところでペア交換が行なわれ、ペア交換の効果が限定的になる。
　そこで、第３の実施形態では、ペア交換のためにマッチングサーバを設け、ペア交換についての通信はマッチングサーバとの間だけで済むようにして、ペア交換の対象範囲を拡大しても通信量が膨大にならないようにしている。
　図１３は第３の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図であり、図２に示した構成に加え、制御ネットワーク３上にマッチングサーバ５を設けている。
　図１４は第３の実施形態における処理例を示すフローチャートである。
　図１４において、既にペアを形成している消費側のＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、定期的またはランダムな時間経過によりタイミングの到来を待機し（ステップＳ３０１）、タイミングが到来すると（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、ペアについての電力、電力コスト、電力消費源（自ノード）、電力供給源等の情報を取得し（ステップＳ３０２）、ペア情報をマッチングサーバ５に送信する（ステップＳ３０３）。
　マッチングサーバ５はペア情報の受信を待機し（ステップＳ３０４）、ペア情報を受信すると（ステップＳ３０４のＹＥＳ）、受信したペア情報を一時的に保持する（ステップＳ３０５）。
　次いで、マッチングサーバ５は、一時的に保持している複数のペア情報について、ペア交換により距離指標が少なくなるか等の観点からペア間のマッチングを行い（ステップＳ３０６）、マッチングが成立した場合（ステップＳ３０７のＹＥＳ）、ペア交換する２組のペアのノードに対して交換指示を送信する（ステップＳ３０８）。
　ペア情報の送信元のノードは、交換指示の受信を待機し（ステップＳ３０９）、交換指示を受信すると（ステップＳ３０９のＹＥＳ）、電力消費の記録を新たなペアについてのものに変更し、元のペアの相手ノードに対してもペア交換を通知して記録を変更させる（ステップＳ３１０）。
　各ノードは、定期的またはランダムに自分のペア情報をマッチングサーバ５に登録するので、たまたまマッチングサーバ５上で出会ったペアを交換させることによって、トータルホップ（Total hop）値を削減できる方向に導くことができる。ペア交換できる可能性は、マッチングサーバ５でのペア情報の短期記憶時間ｔ１と、ノードからの情報登録の周期ｔ２によって決まる。つまり、ｔ１を長くｔ２を短くすると、交換できる可能性が向上する。
　＜第４の実施形態＞
　第２の実施形態について、制御パケット量が極めて大きくなる可能性がある点については前述した通りである。第３の実施形態では、ペア交換のためにマッチングサーバを設けることで通信量を低減している。しかし、マッチングサーバとの間での通信量についても無視できない場合が考えられ、更なる低減が求められる。
　そこで、第４の実施形態では、ネットワーク（クラウド）上に各ＨＥＭＳコントローラと同期した仮想エージェントを設け、仮想エージェント間あるいは仮想エージェントとマッチングサーバとの間で通信を行うことで、実ネットワーク上での通信量を低減している。制御パケットのフラッティング等が実ネットワークでは行わないため、ＤＯＳ攻撃のように、ネットワークを制御パケットにより満杯にしてしまうようなことがなくなる。
　図１５は第４の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図であり、図２に示した構成または図１３に示した構成に加え、新たなサーバまたはマッチングサーバ５の上に、任意数の仮想ネットワーク６を設け、その中に、ＨＥＭＳコントローラ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、・・の状態と同期する仮想エージェント７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、・・を収容するようにしている。ＨＥＭＳコントローラ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、・・で状態の変化があった場合、対応する仮想エージェント７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、・・に反映され、仮想エージェント７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、・・で状態の変化があった場合もＨＥＭＳコントローラ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、・・に反映される。なお、仮想ネットワーク６が複数となる場合、電力の供給と受入のペアは仮想ネットワークの中に閉じたものとする。
　他の処理として、消費の発生時におけるペア形成のための処理は、図４に示したものと同様である。ペア交換の処理については、図１０における消費側および他ノードの処理が仮想エージェント７により代わりに行われ、結果の状態が各ＨＥＭＳコントローラ４に反映される。また、マッチングサーバ５を用いたペア交換の処理については、図１４における消費側および新旧の相手方ノードの処理が仮想エージェント７により代わりに行われ、結果の状態が各ＨＥＭＳコントローラ４に反映される。
　＜第５の実施形態＞
　第５の実施形態は、第４の実施形態を拡張し、ある距離（地域内）のペアに関して特定のデマンドの多いユーザの影響を緩和するために、仮想ネットワークを所定のタイミングでランダムにシャッフルし、この地域内でのペアが固定しないようにしたものである。
　図１６は第５の実施形態における仮想ネットワークのシャッフルの例を示す図であり、上段に示すように、ある仮想ネットワークに収容された、ある地域の仮想エージェントをランダムにシャッフルし、異なる仮想ネットワークに収容した状態を示している。電力の供給と受入のペアを同一の仮想ネットワークの中に閉じたものとすることで、ペアを組む相手ノードの対象範囲が変化するため、特定のユーザにデマンドへの対応が偏在することを防止することができる。
　なお、シャッフル前に形成されていたペアは、電力の供給と受入が終了するか、ペア交換が行われるまで継続する。また、ペア交換や新たなペア形成は、新たに収容された仮想ネットワーク内で行われる。
　＜第６の実施形態＞
　上述した第３の実施形態では、第２の実施形態における制御パケットの増加を、マッチングサーバを設けることにより解決しているが、この第６の実施形態ではマッチングサーバを用いずに、Ｐ２Ｐ（Point To Point）技術により解決している。すなわち、交換クエリパケットをブロードキャストにより入口以外の全方向に送信（転送）するのではなく、ホップリミットに到達するまで、自ノードでペア交換しない場合は入口以外のランダムな１方向に送信（転送）するようにすることで、制御パケットの増加を抑えている。
　図１７は第６の実施形態における処理例を示すフローチャートである。
　図１７において、既にペアを形成している消費側のＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、定期的またはランダムな時間経過によりタイミングの到来を待機し（ステップＳ４０１）、タイミングが到来すると（ステップＳ４０１のＹＥＳ）、ペアについての電力、電力コスト、電力消費源（自ノード）、電力供給源等の情報を取得し（ステップＳ４０２）、ペア交換を要求する交換クエリパケットをランダムな１方向に送信する（ステップＳ４０３）。
　他のノードのＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、交換クエリパケットの受信を待機し（ステップＳ４０４）、交換クエリパケットを受信すると（ステップＳ４０４のＹＥＳ）、自ノードで形成しているペアがあれば、そのペア（複数のペアでも可）についての電力、電力コスト、電力消費源（自ノード）、電力供給源等の情報を取得する（ステップＳ４０５）。
　次いで、交換クエリパケットの示すペアと自ノードに存在するペアとを比較し、距離指標が少なくなることを考慮してペア交換の可否を判断する（ステップＳ４０６）。
　ペア交換しないと判断された場合（ステップＳ４０６のＮＯ）、ホップリミット等による所定範囲に到達したか否か判断し（ステップＳ４０７）、到達していない場合（ステップＳ４０７のＮＯ）は入口以外のランダムな１方向にクエリパケットを転送する（ステップＳ４０８）。
　また、ペア交換すると判断された場合（ステップＳ４０６のＹＥＳ）、自ノードの電力供給の記録を新たなペアについてのものに変更し、元のペアの相手ノードに対してもペア交換を通知して記録を変更させる（ステップＳ４０９）。そして、交換クエリパケットの送信元のノードにペア交換についての情報を含む交換実行パケットを返送する（ステップＳ４１０）。
　交換クエリパケットの送信元のノードは、交換実行パケットの受信を待機し（ステップＳ４１１）、交換実行パケットを受信すると（ステップＳ４１１のＹＥＳ）、電力消費の記録を新たなペアについてのものに変更し、元のペアの相手ノードに対してもペア交換を通知して記録を変更させる（ステップＳ４１２）。
　図１８は第６の実施形態における交換クエリの送信の例を示す図であり、例としてマンハッタンネットワーク（碁盤目状のネットワーク）を示している。比較的大きいマンハッタンネットワークを考えた場合、交換クエリパケットの転送先は、各交差点で戻ることなくランダムウォークをする。図示の例では、電力消費源Ｓから送信された交換クエリパケットは、最初にノードＡに出会うが、ペア交換によるコスト削減効果がない場合は交換クエリパケットの転送を続ける。そして、ノードＥにたまたま出会ってペア交換することにより、コストを削減する。
　＜第７の実施形態＞
　第７の実施形態は、第１の実施形態で行ったクエリパケットによるペア形成の処理（図４）を行わず、予め確保しておいたイニシャル供給源と強制的にペアを形成することにより、電力消費に即座に対応できるようしたものである。その上で、第２～６の実施形態で説明したペア交換を行うことにより、より適切なペアに組み替えていく。
　処理の前提として、必ず１つ電力供給が可能なノードを、イニシャル供給源として確保しておく。また、ペア形成の後、新たに発生する需要に備えてイニシャル供給源を用意しておく。例えば、制御ネットワーク３内の所定の発電装置をオンにしておくとか、電力会社と契約して電力供給源を確保しておく。
　図１９は第７の実施形態における処理例を示すフローチャートである。
　図１９において、消費側のＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、消費（予定も含む）の発生を待機し（ステップＳ５０１）、消費が発生すると（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、必要とする電力、使用時間等の情報を取得し（ステップＳ５０２）、イニシャル供給源を電力供給源とする電力受入を記録する（ステップＳ５０３）。ペアとなるイニシャル供給源側についても電力供給の記録を行わせる。
　これにより、電化製品の使用を開始しようとしたときに、電力供給源を探す時間が必要なく、また、ネットワーク全体としても低コストにいずれなるという長所がある。
　＜第８の実施形態＞
　第８の実施形態は、各家庭１のＨＥＭＳコントローラ４が収容する電化製品毎の性質に基づいて適切な電力の調達を行うようにしたものである。
　家庭内の電化製品は、それぞれ時間（時刻）、温度、消費電力等に対してプライオリティ（優先度）を持つ。例えば、４時までに洗濯を終わらせたり、４時までにＥＶに充電したい場合、まだ十分に時間があればプライオリティは低いが、デッドライン間近になると、プライオリティが増加する。図２０Ａはこのような時間に応じてプライオリティが変化し、デッドラインで最大になる例（デッドライン型）を示している。tmustはデッドラインの時刻である。
　また、冷蔵庫の場合、電源を切った時には問題はないが、何回か扉の開け閉めを行なうと、冷蔵庫内部の温度が上昇し、それに伴ってプライオリティが変化する。図２０Ｂはこのような温度に応じてプライオリティが変化する例を示している。tempenableは食品を保存するための許容温度である。
　また、エアコンの強中弱の設定を変えたり、ライトをちょっと暗くするのと、完全に消してしまうのとでは、プライオリティが異なることがある。図２０Ｃはこのような電力に応じてプライオリティが変化する例を示している。pminは許容できる最小の電力である。
　従って、家庭内で電力需要が発生した場合、電力を必要とする電化製品のプライオリティに応じて電力調達の優先順位を付け、プライオリティの低い電化製品については、使用を遅らせたり、可能であれば電力を小さくしたりする。
　ただし、特定の電化製品が頻繁に使用できない場合、ユーザにとっては不便であるため、電化製品毎にＱｏＳ劣化を観測し、ＱｏＳ劣化が観測された場合には、プライオリティ特性をプライオリティが高くなる方向に再設定するようにしている。また、この際、他の家庭とのフェアネスを考慮し、一部の電化製品のプライオリティを高く再設定した場合、他の電化製品のプライオリティ特性をプライオリティが低くなる方向に再設定するようにしている。
　図２１は第８の実施形態における処理例を示すフローチャートである。
　図２１において、消費側のＨＥＭＳコントローラ４の消費管理部４３は、定期的な時間経過によりタイミングの到来を待機し（ステップＳ６０１）、タイミングが到来すると（ステップＳ６０１のＹＥＳ）、収容する電化製品についてのタイプ、設定状態、ＱｏＳ劣化記録等の情報を取得し（ステップＳ６０２）、電化製品毎にプライオリティカーブを設定する（ステップＳ６０３）。プライオリティカーブとしては図２０Ａ～図２０Ｃに示したようなものがある。
　ここで、初回または過去の所定期間内でＱｏＳ劣化が検出されていない電化製品については原則として標準的なプライオリティカーブを設定するが、過去の所定期間内でＱｏＳ劣化が検出されている電化製品については以前よりもプライオリティが高くなる方向に再設定する。図２２では、デッドライン型のプライオリティカーブについて、初回は実線で示したものを、次は一点鎖線のようにし、その次は二点鎖線のようにする。また、一部の電化製品についてプライオリティが高くなる方向に再設定した場合には、他の電化製品についてプライオリティが低くなる方向にプライオリティカーブを再設定する。
　図２１に戻り、消費管理部４３は、電化製品毎にＱｏＳ劣化を監視し、ＱｏＳ劣化が検出された場合（ステップＳ６０４のＹＥＳ）にはその旨を記録する（ステップＳ６０５）。
　一方、消費管理部４３は、消費（予定も含む）の発生を待機し（ステップＳ６０６）、消費が発生すると（ステップＳ６０６のＹＥＳ）、電力、使用時間、電化製品ＩＤ、デッドライン、温度、最小電力等の情報を取得し（ステップＳ６０７）、電化製品毎に予め設定されているプライオリティカーブから現時点のプライオリティを取得する（ステップＳ６０８）。
　次いで、プライオリティに応じたコスト（購入コスト）を取得する（ステップＳ６０９）。例えば、プライオリティに応じてコストを上昇させる。そして、必要な電力供給を要求するクエリパケットを送信する（ステップＳ６１０）。クエリパケットの送信後の処理は図４に示したものと同様である。
　なお、クエリパケットにプライオリティを含め、電力供給源のノードがプライオリティを考慮してリプライするようにしてもよい。
　このようにして、できるだけＱｏＳ劣化を観測しないように電化製品を相互にコントロールすることで、学習型で動作し、適切な電力の調達を行うことができる。
　＜第９の実施形態＞
　上述した第８の実施形態ではＱｏＳ劣化の検出を自動的に行うことを想定しているが、この第９の実施形態では、更にユーザ本人によるＱｏＳ劣化の申告を用いている。すなわち、ＨＥＭＳコントローラ４のユーザインタフェースとして、制御の不快感を入力するボタン（「いやね」ボタン）を設け、システムによる自動的な制御に対してユーザが不快と感じた場合（例えば、電化製品を使いたい場合に使えない等）、そのボタンを押させるようにしている。
　図２３は第９の実施形態における処理例を示すフローチャートである。図２３において、ＨＥＭＳコントローラ４の情報入力部４２は、ユーザにより「いやね」ボタンが押されるのを待機し（ステップＳ７０１）、「いやね」ボタンが押されると（ステップＳ７０１のＹＥＳ）、その旨を記録する（ステップＳ７０２）。
　制御処理は図２１に示したのと同様であるが、情報取得（ステップＳ６０２）において、所定期間内に「いやね」ボタンが押された回数の記録を参照し、プライオリティカーブの設定（ステップＳ６０３）に反映（「いやね」ボタンが押された回数が多いほど、プライオリティに応じた制御がかかりにくくする）させる点が異なる。
　また、この「いやね」回数には上限を設け、例えば、１０回までは無料、１０～２０回は５００円、２０～３０回は１０００円として、ペナルティを与えながら各ユーザの個人嗜好にできるだけ一致したプライオリティを形成することができる。すなわち、「いやね」ボタンを押すことでプライオリティカーブを変更し制御がかかりにくくなると同時に、その分、トータルの電気料金が高くなるシステムとなる。
　＜第１０の実施形態＞
　第１０の実施形態は、電力の供給と受入を行うユーザ間で、相手方の信頼性を確認できるようにしたものである。
　図２４は第１０の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図であり、クエリを交換する制御ネットワーク３上に新しく認証サーバ８を設けている。認証サーバ８は、不適切な取引に関する情報を保持している。
　各ＨＥＭＳコントローラ４は、認証サーバ８に対して、受信したクエリもしくは返信したクエリの信頼性を問い合わすことができ、認証サーバ８は、保持する不適切な取引に関する情報に基づいてクエリの信頼性を決定して応答する。
　＜総括＞
　以上説明したように、本実施形態によれば、個々の電力消費に対して分散的に電力供給を行うことができる仕組を提供することができる。
　以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
　本国際出願は、２０１４年４月１７日に出願した日本国特許出願第２０１４－０８５８４８号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１４－０８５８４８号の全内容を本国際出願に援用する。
　１、１Ａ～１Ｃ　　　家庭
　２　　　　　　　　　電力配電ネットワーク
　３　　　　　　　　　制御ネットワーク
　４、４Ａ～４Ｃ　　　ＨＥＭＳコントローラ
　４１　　　　　　　　情報表示部
　４２　　　　　　　　情報入力部
　４３　　　　　　　　消費管理部
　４４　　　　　　　　供給管理部
　４５　　　　　　　　パケット送受信部
　５　　　　　　　　　マッチングサーバ
　６　　　　　　　　　仮想ネットワーク
　７、７Ａ～７Ｃ　　　仮想エージェント
　８　　　　　　　　　認証サーバ

Claims (15)

  1. 　複数の電力供給源と複数の電力消費源とが送電ネットワークで接続され、前記送電ネットワークにオーバーレイされた制御ネットワークを備えたシステムであって、
    　前記制御ネットワークにおける前記電力消費源に対応するノードは、
    　当該ノードで電力消費が必要となった場合に、周辺ノードに対して必要な電力供給を要求するクエリパケットを送信するクエリパケット送信手段と、
    　前記クエリパケットへの応答であるリプライパケットを受信するリプライパケット受信手段と、
    　受信したリプライパケットに基づいて電力消費を賄う電力供給源を選択する消費管理手段と
    を備えたことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  2. 　請求項１に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　前記制御ネットワークにおける前記電力供給源に対応するノードは、
    　周辺ノードから前記クエリパケットを受信するクエリパケット受信手段と、
    　電力コストおよび距離指標を含めたリプライパケットを送信するリプライパケット送信手段と
    を備え、
    　前記電力消費源に対応するノードにおける前記消費管理手段は、リプライパケットに含まれる電力コストおよび距離指標に基づいて最適な電力供給源を選択する
    ことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  3. 　請求項２に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　前記リプライパケット送信手段は、前記クエリパケットの要求電力に対して供給可能電力が不足する場合にも、供給可能電力を含むリプライパケットを送信し、
    　前記消費管理手段は、消費電力を低減可能か否かを考慮して電力供給源を選択する
    ことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  4. 　請求項２または３のいずれか一項に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　前記リプライパケット送信手段は、電力供給可能な時間条件を含むリプライパケットを送信し、
    　前記消費管理手段は、前記時間条件を考慮して電力供給源を選択する
    ことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　前記電力消費源または前記電力供給源に対応するノードは、
    　既に所定の電力について消費と供給が対応付けられている自己と相手ノードとのペアについて、ペア交換を要求する交換クエリパケットを周辺ノードに対して送信する交換クエリパケット送信手段と、
    　前記交換クエリパケットへの応答である交換実行パケットを受信する交換実行パケット受信手段と、
    　受信した交換実行パケットに従ってペア交換を行うペア交換手段と
    を備え、
    　他の電力消費源または電力供給源に対応するノードは、
    　前記交換クエリパケットを受信する交換クエリパケット受信手段と、
    　自己の既に保持する他の相手ノードとのペアと前記交換クエリパケットの示すペアとを比較し、距離指標が少なくなることを考慮してペア交換の可否を判断するペア交換判断手段と、
    　ペア交換すると決定した場合にペア交換を行うとともに、交換実行パケットを送信する交換実行パケット送信手段と
    を備えたことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  6. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　前記電力消費源または前記電力供給源に対応するノードは、
    　既に所定の電力について消費と供給が対応付けられている自己と相手ノードとのペアについてのペア情報をマッチングサーバに送信するペア情報送信手段と、
    　前記マッチングサーバからペア交換情報を受信し、ペア交換を行うペア交換手段と
    を備えたことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  7. 　請求項５または６のいずれか一項に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　いずれかのサーバ上に存在する仮想エージェントとして、前記ノードの個々に対応し、対応するノードと状態の同期を行い、前記ノードに代わってペア交換の処理を行う手段
    を備えたことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  8. 　請求項７に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　前記仮想エージェントをいずれかの仮想ネットワークに収容し、所定のタイミングで前記仮想ネットワークに収容される前記仮想エージェントをランダムにシャッフルする手段
    を備えたことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  9. 　請求項５に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　前記交換クエリパケット送信手段は、隣接するノードのいずれかにランダムに交換クエリパケットを送信し、
    　前記他の電力消費源に対応するノードは、ペア交換を実行しない場合に、受信元以外の隣接するノードのいずれかにランダムに交換クエリパケットを転送する
    ことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  10. 　請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　前記消費管理手段は、当該電力消費源で電力消費が必要となった場合に、前記クエリパケット送信手段を用いず、予め用意された電力供給源候補の中から電力消費を賄う電力供給源を選択する
    ことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　各ノードは、
    　収容する電化製品毎に、状況に応じた電力供給の優先度を表すプライオリティ特性を設定する手段と、
    　前記電化製品毎に電力供給のＱｏＳ劣化を監視して記録する手段と、
    　ＱｏＳ劣化が記録された場合に前記プライオリティ特性を優先度が高くなる方向に再設定するとともに、他の電化製品の前記プライオリティ特性を優先度が低くなる方向に再設定する手段と
    を備えたことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  12. 　請求項１１に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　ユーザが制御の不快感を入力するボタンのインタフェースを提供する手段
    を備え、
    　前記ボタンが押された回数を前記ＱｏＳ劣化に反映する
    ことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  13. 　請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電力制御ネットワークシステムにおいて、
    　不適切な取引に関する情報を保持し、前記ノードからの問い合わせに対してクエリの信頼性を応答する手段
    を備えたことを特徴とする電力制御ネットワークシステム。
  14. 　複数の電力供給源と複数の電力消費源とが送電ネットワークで接続され、前記送電ネットワークにオーバーレイされた制御ネットワークを備えたシステムの前記制御ネットワークにおけるノードを構成する装置であって、
    　当該ノードで電力消費が必要となった場合に、周辺ノードに対して必要な電力供給を要求するクエリパケットを送信するクエリパケット送信手段と、
    　前記クエリパケットへの応答であるリプライパケットを受信するリプライパケット受信手段と、
    　受信したリプライパケットに基づいて電力消費を賄う電力供給源を選択する消費管理手段と
    を備えたことを特徴とする制御装置。
  15. 　複数の電力供給源と複数の電力消費源とが送電ネットワークで接続され、前記送電ネットワークにオーバーレイされた制御ネットワークを備えたシステムの前記制御ネットワークにおけるノードを構成する装置を構成するコンピュータを、
    　当該ノードで電力消費が必要となった場合に、周辺ノードに対して必要な電力供給を要求するクエリパケットを送信するクエリパケット送信手段、
    　前記クエリパケットへの応答であるリプライパケットを受信するリプライパケット受信手段、
    　受信したリプライパケットに基づいて電力消費を賄う電力供給源を選択する消費管理手段
    として機能させる制御プログラム。
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