WO2015166758A1 - 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記録媒体 - Google Patents

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龍 橋本
仁之 矢野
耕治 工藤
寿人 佐久間
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日本電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an energy control system, an energy control device, an energy control method, and a program that support setting of a power demand schedule.
  • the supply amount of power is controlled in accordance with the demand amount of power on the consumer side.
  • Demand equipment that contributes to the entire power system in such demand response includes equipment equipped with heat pumps such as water heaters and air conditioners. These devices consume a large amount of power. For this reason, these devices are regarded as promising devices that reliably bring about the effect of demand response by increasing or decreasing the power consumption according to the power supply.
  • An object of the present invention is to provide an energy control system, an energy control device, an energy control method, and a program that solve the above-described problems.
  • the energy control system of the present invention provides: A low-order information processing device that adjusts the amount of power supplied to the electrical device by controlling the operation of the electrical device; An upper information processing device communicating with the lower information processing device; The lower information processing apparatus acquires a parameter for estimating power consumption according to the state of the electrical device, estimates the power consumption of the electrical device based on the parameter, and calculates the estimated power consumption Sending an estimated value to the host information processing apparatus; The higher-level information processing apparatus determines allocation of power supply / demand adjustment sharing of the electric equipment in the power network based on the power supply / demand capability in the predetermined power network and the estimated value, and determines the determined allocation to the lower-level information processing apparatus To The lower information processing apparatus adjusts the amount of power supplied to the electrical device by controlling the operation of the electrical device based on the assignment.
  • the energy control device of the present invention includes: For at least two electrical devices, parameter acquisition means for acquiring parameters for estimating power consumption according to the status of the electrical devices; Power consumption estimation means for estimating the power consumption of the electrical equipment based on the parameters; Based on the power supply / demand capacity in the predetermined power network and the estimated value, determining the allocation of the power supply / demand adjustment sharing of the electric device in the power network, and controlling the operation of the electric device based on the allocation, Control amount setting means for adjusting the amount of power supplied to the electrical device.
  • the energy control method of the present invention includes: For at least two electrical devices, parameter acquisition processing for acquiring parameters for estimating power consumption according to the status of the electrical devices; Power consumption estimation processing for estimating the power consumption of the electrical device based on the parameters; An allocation determination process for determining allocation of power supply / demand adjustment sharing of the electric equipment in the power network based on the power supply / demand capability in the predetermined power network and the estimated value; And adjusting the power supply amount to the electric device by controlling the operation of the electric device based on the assignment.
  • the recording medium of the present invention is On the computer, For at least two electrical devices, a parameter acquisition procedure for acquiring parameters for estimating power consumption according to the status of the electrical devices; A power consumption estimation procedure for estimating the power consumption of the electrical device based on the parameters; An allocation determination procedure for determining allocation of power supply / demand adjustment sharing of the electric equipment in the power network based on the power supply / demand capability in the predetermined power network and the estimated value; A program for executing an adjustment procedure for adjusting the amount of power supplied to the electrical device by controlling the operation of the electrical device based on the assignment is recorded.
  • demand response can be performed effectively and quantitatively.
  • each component of each device indicates a functional unit block, not a hardware unit configuration.
  • Each component of each device is a CPU (Central Processing Unit) of an arbitrary computer, a memory, a program realizing the components shown in the figure loaded in the memory, a storage medium such as a hard disk for storing the program, and a network connection It is realized by any combination of hardware and software centering on the interface.
  • CPU Central Processing Unit
  • FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of the energy control system of the present invention.
  • the energy control system of the present invention includes a higher-level information processing device 10 and lower-level information processing devices 20-1 to 20-n.
  • Electrical devices 30-1 to 30-n are connected to the lower information processing devices 20-1 to 20-n, respectively, and communicate with the higher information processing device 10.
  • the low-order information processing devices 20-1 to 20-n use the parameters for estimating the power consumption of the connected electrical devices 30-1 to 30-n according to the status of the electrical devices 30-1 to 30-n.
  • the lower-level information processing devices 20-1 to 20-n estimate the power consumption of the electrical devices 30-1 to 30-n based on the acquired parameters, and use the estimated values of the estimated power consumption as higher-level information processing. Transmit to device 10.
  • the lower information processing devices 20-1 to 20-n control the operation of the electrical devices 30-1 to 30-n based on the allocation of supply and demand adjustment sharing transmitted from the higher information processing device 10.
  • the power supply amount for the devices 30-1 to 30-n is adjusted.
  • the electrical devices 30-1 to 30-n consume power from general household electrical appliances such as heat pump water heaters, air conditioners, and lighting, office equipment, and factory machines.
  • the operations of the electric devices 30-1 to 30-n are controlled according to the supply and demand adjustment sharing assigned by the energy control system of the present invention.
  • the higher-level information processing device 10 uses the electrical devices 30-1 to 30-n in the power network. To determine the allocation of power supply and demand adjustment.
  • the upper information processing apparatus 10 transmits the determined assignment to the lower information processing apparatuses 20-1 to 20-n.
  • the electric device 30-1 in the power network is based on the parameters according to the conditions of the electric devices 30-1 to 30-n and the power supply / demand capability in the predetermined power network. Determine the allocation of power supply / demand adjustment for ⁇ 30-n. Accordingly, demand response can be effectively and quantitatively performed even in an electric power network including an electric device whose power consumption changes every moment according to the surrounding environment and the like.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the energy control system of the present invention.
  • the energy control system in this embodiment includes the upper information processing apparatus 10 and the lower information processing apparatuses 20-1 to 20-n shown in FIG. 1, and further includes a plan management apparatus 40 and a substation 50.
  • the electric devices 30-1 to 30-n shown in FIG. 1 include a heat pump water heater 130-1, an air conditioner 130-2, a storage battery 130-3, and other electric devices 130-n. ing. These heat pump water heater 130-1, air conditioner 130-2, storage battery 130-3, and other electrical equipment 130-n are connected to the power network 44.
  • the upper information processing apparatus 10, the lower information processing apparatuses 20-1 to 20-n, and the plan management apparatus 40 may each be one computer.
  • the plan management device 40 is a device that determines an operation plan for the entire system.
  • the plan management device 40 sets the power generation amount of the power plant and grasps the power transmission amount of the substation 50. Further, the plan management device 40 determines the supply and demand adjustment sharing to be requested to the entire customer through communication with the host information processing device 10.
  • the upper information processing apparatus 10 communicates with the lower information processing apparatuses 20-1 to 20-n and the plan management apparatus 40 via the communication network 60.
  • the host information processing apparatus 10 acquires a predicted system load amount from the plan management apparatus 40 in advance.
  • the predicted system load amount is the power supply / demand capability in the power network 44, and indicates the transition predicted value of the power demand consumed by the entire power system in the target period for power supply / demand adjustment.
  • the higher-level information processing device 10 acquires the power price at each time determined based on the predicted system load amount or the consideration at each time for the supply and demand adjustment sharing determined based on the predicted system load amount.
  • the target period of power supply and demand adjustment is, for example, a part of a day in which a demand tightness is expected, a certain day in which a large demand fluctuation is expected, and the like.
  • the system load amount prediction value a value obtained by subtracting the transition prediction value of the power generation amount of renewable energy such as photovoltaic power generation and wind power generation amount from the demand prediction transition value of the entire power system may be used. .
  • the host information processing apparatus 10 estimates the power consumption of each of the electrical devices 30-1 to 30-n in the target period or controls the electrical devices 30-1 to 30-n in the target period.
  • the estimated value of power consumption is acquired from the lower information processing devices 20-1 to 20-n.
  • the host information processing apparatus 10 makes an optimal distribution plan by determining the allocation of supply and demand adjustment sharing of the electrical devices 30-1 to 30-n based on the predicted system load amount and the estimated power consumption value. . Then, the upper information processing apparatus 10 transmits an operation schedule based on the distribution plan to the lower information processing apparatuses 20-1 to 20-n. Specifically, the host information processing apparatus 10 increases the load during a time period when the predicted system load amount is small and reduces the load during a time period when the predicted system load amount is large. The allocation of n supply and demand adjustment shares is determined.
  • the power efficiency of an electric equipment can be recognized by the power efficiency information which shows the power efficiency contained in the operating condition information of the electric equipment acquired by the low-order information processing apparatus mentioned later. With such a configuration, fluctuations in power consumption can be suppressed.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the lower level information processing apparatuses 20-1 to 20-n shown in FIG.
  • FIG. 2 shows the configuration of the lower level information processing apparatus 20-n, the configuration of the other lower level information processing apparatuses is the same.
  • the lower level information processing devices 20-1 to 20-n include an operation time acquisition unit 21, an environment information acquisition unit 22, an internal information acquisition unit 23, a power consumption estimation unit 24, a control amount, And a setting unit 25.
  • the operation time acquisition unit 21, the environment information acquisition unit 22, and the internal information acquisition unit 23 serve as parameter acquisition means of the present invention.
  • the operation time acquisition unit 21 is an operation time acquisition unit of the present invention.
  • the operation time acquisition unit 21 acquires time zone information indicating a scheduled operation time zone in which a consumer uses the device for the electric device 30 to be controlled.
  • the scheduled operation time zone may be set by, for example, a customer, or may use a value predicted from the behavior estimation of the customer.
  • the scheduled operation time zone is the scheduled operation time zone when the consumer wants to use the device, such as lighting or air conditioning, if the device consumes power in the time zone where the customer wants to use the device. .
  • the scheduled operation time zone can be obtained.
  • the environment information acquisition unit 22 is an environment information acquisition unit of the present invention.
  • the environmental information acquisition unit 22 acquires environmental information 29 that affects the power consumption of the electrical device.
  • the environmental information that affects the power consumption of the device includes, for example, the outside air temperature, the outside humidity, and the amount of solar radiation near the electric device. Furthermore, when the power consumption of an electric device changes for every consumer, every season, every time zone, etc., it is possible to acquire the consumer's behavior model and time information as environmental information.
  • the environment information acquisition unit 22 directly measures if it is real-time information, or if it is a future prediction value, acquires prediction using time series analysis or machine learning, or publicly available forecast information. It is also possible to adopt a method.
  • the environmental information acquisition unit 22 acquires at least one of the environmental information as described above.
  • the internal information acquisition unit 23 acquires operation condition information indicating an operation condition of an electric device or a device operation target.
  • the operating condition information of the electrical home device is, for example, the operating power [W] of the electrical device, the power consumption [Wh], and the like.
  • the operating condition information of the device operation target is information such as the temperature and charge amount of the onboard storage battery, and in the case of air conditioning, it is information on the indoor shape and the distribution of the indoor temperature. .
  • This operating condition information includes power efficiency information indicating the power efficiency of the electrical device.
  • the power consumption estimation unit 24 uses the power consumption when the electric device is operated in the future. Is estimated. For example, if it is predicted that the photovoltaic power generated on the next day will adversely affect the supply-demand balance, the power consumption estimation unit 24 calculates the transition of power consumption when the device is operated in advance the previous day. To do. In addition, for example, when the amount of photovoltaic power generation on the day becomes less than expected on the previous day due to the influence of clouds or the like, the power consumption estimation unit 24 stops when the operation of the operating device is stopped. It is calculated how much power consumption will be reduced in the future compared to when there was not.
  • the control amount setting unit 25 transmits the estimated value of the power consumption estimated by the power consumption estimation unit 24 and the time zone information acquired by the operation time acquisition unit 21 to the higher level information processing apparatus 10.
  • the control amount setting unit 25 may transmit at least power efficiency information among the operating condition information acquired by the internal information acquisition unit 23 to the higher level information processing apparatus 10 together with these.
  • the control amount setting unit 25 adjusts the amount of power supplied to the electrical device by controlling the operation of the electrical device based on the allocation of supply and demand adjustment sharing determined by the higher-level information processing device 10.
  • the control amount setting unit 25 adjusts the control amount of the electrical device based on the power consumption estimated by the power consumption estimation unit 24 and the time zone information acquired by the operation time acquisition unit 21. May be.
  • the control amount setting unit 25 can control the electric device by internally calculating the control amount of the electric device based on the information on the power price sent from the higher-level information processing device 10.
  • the other electrical equipment 30-n includes a power consuming unit 31, a device operation target 32, and various sensor units 33.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the energy control system shown in FIGS.
  • the environmental information acquisition unit 22 of the lower level information processing apparatuses 20-1 to 20-n acquires environmental information that affects the power consumption of the connected electrical equipment (step 1).
  • the environmental information includes the outside air temperature, the outside humidity, the amount of solar radiation, and the like in the vicinity of the electric equipment.
  • the internal information acquisition unit 23 of the lower level information processing apparatuses 20-1 to 20-n acquires the operation condition information indicating the operation condition of the electric device or the device operation target (Step 2).
  • the operating condition information of the electric appliance includes the operating power [W] of the electric appliance, the power consumption [Wh], and the like.
  • the operation condition information of the device operation target is information such as the temperature and charge amount of the onboard storage battery in the case of an electric vehicle, and the indoor shape and distribution information of the room temperature in the case of air conditioning. Etc.
  • the power consumption estimation unit 24 of the lower information processing devices 20-1 to 20-n is based on the environment information acquired by the environment information acquisition unit 22 and the internal information acquired by the internal information acquisition unit 23. Then, the power consumption of the electric device is estimated (step 3).
  • control amount setting unit 25 of the lower level information processing devices 20-1 to 20-n and the estimated value of the power consumption estimated by the power consumption estimation unit 24 and the time acquired by the operation time acquisition unit 21 The band information is transmitted to the upper information processing apparatus 10 (step 4).
  • step 6 Allocation of power supply / demand adjustment sharing of electric equipment is determined (step 6). Note that the power supply / demand capability in the power network 44 is acquired from the plan management device 40 by the host information processing apparatus 10 as described above. At this time, if power efficiency information indicating the power efficiency of the electrical device is transmitted from the control amount setting unit 25 of the lower level information processing devices 20-1 to 20-n, the supply and demand adjustment sharing is based on the power efficiency of the electrical device. May be determined.
  • the allocation of the supply and demand adjustment share may be determined so that the electric device whose power efficiency is less than a certain level operates.
  • the upper information processing apparatus 10 transmits the determined assignment to the lower information processing apparatuses 20-1 to 20-n (step 7).
  • the control amount setting unit 25 is connected based on the allocation of supply and demand adjustment sharing.
  • the operation of the electrical equipment is controlled (step 9).
  • the lower level information processing apparatuses 20-1 to 20-n adjust the power supply amount to the connected electrical devices.
  • the plan management device 40 makes a request to suppress demand for the electric devices 30-1 to 30-n held by the consumer.
  • Each of the lower-level information processing devices 20-1 to 20-n consumes power when the electrical device is not stopped in the future based on the current operating state, environmental information, and internal information of the connected electrical device. And the estimated value is transmitted to the host information processing apparatus 10.
  • the host information processing apparatus 10 determines a power reduction amount or a device operation stop command to be allocated to each electrical device 30-1 to 30-n based on the transition of the power consumption of each electrical device 30-1 to 30-n. To the lower information processing devices 20-1 to 20-n.
  • the lower information processing devices 20-1 to 20-n control the operation of the electrical devices 30-1 to 30-n according to the power reduction amount and the device operation stop command transmitted from the higher information processing device 10. To do.
  • FIG. 5 is a block diagram for explaining the functional configuration of the heat pump water heater 70 controlled by the energy control system of the present invention.
  • the heat pump water heater 70 in this embodiment includes a hot water tank 72, a heat pump 71, a solar heat collector 73, and a device (not shown) provided with a sensor.
  • the hot water tank 72 is for storing hot water.
  • the heat pump 71 sucks up the water in the lower part of the hot water tank 72, warms it to the boiling temperature using electric power, and discharges it to the upper part of the hot water tank 72.
  • the solar heat collector 73 raises the temperature inside the hot water tank 72 using solar heat.
  • the sensor provided in the device can set at least the boiling temperature, and can detect the temperature of each part of the hot water tank 72.
  • the power of the heat pump water heater 70 configured as described above is controlled by the lower information processor 20-1 as the heat pump water heater 130-1 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a block diagram for explaining a functional configuration of the low-order information processing apparatus 20-1 that performs power control of the heat pump water heater 70 shown in FIG.
  • the lower level information processing apparatus 20-1 in this embodiment handles the control of the heat pump water heater 70 as an electrical device.
  • the lower information processing apparatus 20-1 includes an operation time acquisition unit 21, an environment information acquisition unit 22, an internal information acquisition unit 23, and a power consumption estimation. Unit 24 and control amount setting unit 25.
  • the heat pump water heater 70 has the hot water storage tank 72, the heat pump 71, the solar heat collector 73, and various sensors and setting input devices 74 as mentioned above.
  • the internal information acquisition unit 23 acquires the operating power of the heat pump water heater 70 and the internal temperature distribution of the hot water tank 72 from the sensor 74. Since the sensor 74 is connected to the hot water tank 72 and the heat pump 71, the internal information acquisition unit 23 can acquire the internal temperature distribution of the hot water tank 72 from the sensor 74.
  • the environmental information acquisition unit 22 acquires predicted values of the outside air temperature, the external humidity, and the solar radiation amount from the external weather forecast data during the day before the control.
  • the operation time acquisition unit 21 acquires in advance the minimum required hot water supply by each time.
  • the power consumption estimation unit 24 calculates an estimated value of the power consumption of the heat pump water heater 70 when the device is moved at each time.
  • the power consumption is estimated using the coefficient of performance (COP) of each time.
  • COP can be expressed as the relationship between outside air temperature, outside humidity, boiling temperature, and incoming water temperature.
  • the linear approximation as shown by the following formula (2) is obtained from the past actual values of the outside air temperature, the outside humidity, the boiling temperature, and the incoming water temperature obtained by the environment information obtaining unit 22 and the inside information obtaining unit 23. Is possible.
  • the relationship between the value of the outside air temperature, the outside humidity, the boiling temperature, the incoming water temperature, and the COP can be calculated using a machine learning method such as a support vector machine. For this reason, the following formula (3) is shown from the formula (1) and the formula (2).
  • the electric power consumption when operating the electrical equipment at each time is generally determined by the outside air temperature, the outside humidity, the boiling temperature, and the incoming water temperature from the equation (3).
  • the outside air temperature and the outside humidity at each time are given as predicted values from the environment information acquisition unit 22 to the power consumption estimation unit 24, and the boiling temperature is a parameter related to control. Therefore, the power consumption estimation unit 24 can estimate the power consumption at each time by calculating the incoming water temperature at each time.
  • the method of estimating the incoming water temperature at each time can be mainly divided into two steps.
  • the first step the temperature distribution inside the hot water storage tank 72 at each time when the heat pump water heater 70 is not operating is calculated.
  • the second step for each continuous operation start time of the heat pump water heater 70, each time when the heat pump water heater 70 is operated based on the temperature distribution inside the hot water tank 72 calculated in the first step. Determine the incoming water temperature.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of calculating the temperature distribution inside the hot water tank 72 when the heat pump water heater 70 shown in FIG. 5 is not operating.
  • the temperature distribution inside the hot water tank 72 of the heat pump water heater 70 is divided into a plurality of layers as shown in FIG. Then, assuming that the state where the heat pump water heater 70 does not operate continues in the future, the time evolution of the temperatures T1 to Tn for each layer is solved.
  • the target models at this time are the heat flow inside the hot water tank 72, the heat loss of the hot water tank 72, the amount of heat generated by the solar heat collector 73, and the demand for hot water supply.
  • the models that handle these can be sequentially calculated according to the outside temperature, outside humidity, amount of solar radiation, predicted value of hot water supply demand at each time, and the initial state of the temperature distribution inside the hot water tank 72.
  • the internal temperature distribution can be calculated.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a method of estimating power consumption at each time of the heat pump water heater 70 shown in FIG.
  • Equation (3) is calculated on the assumption that the incoming water temperature changes in descending order from Tn. This operation is performed for each time step.
  • Equation (3) is calculated on the assumption that the incoming water temperature changes in descending order from Tn. This operation is performed for each time step.
  • FIG. 8 it is possible to calculate the three-dimensional information of the power consumption estimated value with the future elapsed time and the operation elapsed time of the heat pump water heater 70 as axes.
  • the power consumption estimation unit 24 calculates the internal state of the heat pump water heater 70 when the heat pump water heater 70 is not operating. And the power consumption estimation part 24 will estimate the power consumption when the heat pump water heater 70 operates after that based on this internal state.
  • control amount setting unit 25 does not transmit the power consumption estimated by the power consumption estimation unit 24 to the upper information processing apparatus 10 but is estimated by the power consumption estimation unit 24. Based on the power consumption, the heat pump water heater 70 is controlled.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method of determining the operation schedule from the power consumption at each time in the discharge target period of the heat pump water heater 70 shown in FIG. 9 is obtained by converting the three-dimensional graph obtained in FIG. 8 into a contour line display.
  • the heat pump water heater 70 is operated in a time zone in which the total power consumption of the heat pump water heater 70 is the largest among the time zones in which the power surplus occurs. Thereby, electric power supply and demand can be performed more efficiently. That is, in FIG. 9, the operation start time may be set so that the straight line indicating the operation state of the heat pump water heater 70 has the largest power consumption. In addition, the energy obtained by the straight line indicating the operating state of the heat pump water heater 70 is set to a value larger than the minimum required hot water supply demand energy acquired by the operation time acquisition unit 21. Moreover, it can adjust to desired power consumption by changing the setting of the boiling temperature at the time of the operation
  • FIG. 10 is a diagram showing a basic configuration for carrying out the energy control method without using a host information processing apparatus.
  • This configuration is configured by connecting a plurality of electrical devices 230-1 to 230-n to one information processing device 220 as shown in FIG.
  • the information processing apparatus 220 is an energy control apparatus of the present invention.
  • the information processing apparatus 220 includes a parameter acquisition unit 221, a power consumption estimation unit 224, and a control amount setting unit 225.
  • the parameter acquisition unit 221 is a parameter acquisition unit of the present invention.
  • the parameter acquisition unit 221 acquires parameters for estimating the power consumption of the connected electrical devices 230-1 to 230-n according to the status of the electrical devices 230-1 to 230-n.
  • the power consumption estimation unit 224 serves as power consumption estimation means of the present invention.
  • the power consumption estimation unit 224 estimates the power consumption of the electric devices 230-1 to 230-n based on the parameters acquired by the parameter acquisition unit 221.
  • the control amount setting unit 225 is a control amount setting means of the present invention.
  • the control amount setting unit 225 is based on the power supply / demand capability in a predetermined power network and the power consumption of the electrical devices 230-1 to 230-n estimated by the power consumption estimation unit 224. Determine the allocation of supply-demand adjustment sharing of ⁇ 230-n. Then, the control amount setting unit 225 adjusts the amount of power supplied to the electrical devices 230-1 to 230-n by controlling the operation of the electrical devices 230-1 to 230-n based on the determined assignment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration of the information processing apparatus 220 shown in FIG.
  • the information processing apparatus 220 is similar to the lower information processing apparatus illustrated in FIG. 3, in that the operation time acquisition unit 221, the environment information acquisition unit 222, the internal information acquisition unit 223, and the power consumption estimation Unit 224 and control amount setting unit 225.
  • the operation time acquisition unit 221, the environment information acquisition unit 222, and the internal information acquisition unit 223 constitute the parameter acquisition unit 226 shown in FIG.
  • Each of the electric devices 230-1 to 230-n includes a power consuming unit 231, a device operation target 232, and various sensor units 233.
  • the operation time acquisition unit 221, the environment information acquisition unit 222, the internal information acquisition unit 223, and the power consumption estimation unit 224 operate in the same manner as shown in FIG.
  • the control amount setting unit 225 is based on the power supply and demand capability in the power network 244, the estimated value of the power consumption estimated by the power consumption estimation unit 224, and the time zone information acquired by the operation time acquisition unit 221. The allocation of supply and demand adjustment sharing of the electric devices 230-1 to 230-n is determined. Then, the control amount setting unit 225 adjusts the amount of power supplied to the electrical devices 230-1 to 230-n by controlling the operation of the electrical devices 230-1 to 230-n based on the determined assignment.
  • the power supply amount can be adjusted for electrical equipment in the home without using the host information processing apparatus.
  • the demand adjustment capability is quantified and an appropriate demand schedule is set. Thereby, the effect of demand response can be clearly shown, and the combined use of other supply and demand adjustment can be facilitated.
  • the power consumption of the target consumer device should be comprehensively displayed in the form as shown in FIG. 8 or FIG. Therefore, it is possible to easily set a schedule for demand response.
  • a low-order information processing device that adjusts the amount of power supplied to the electrical device by controlling the operation of the electrical device;
  • An upper information processing device communicating with the lower information processing device;
  • the lower information processing apparatus acquires a parameter for estimating power consumption according to the state of the electrical device, estimates the power consumption of the electrical device based on the parameter, and calculates the estimated power consumption Sending an estimated value to the host information processing apparatus;
  • the higher-level information processing apparatus determines allocation of power supply / demand adjustment sharing of the electric equipment in the power network based on the power supply / demand capability in the predetermined power network and the estimated value, and determines the determined allocation to the lower-level information processing apparatus
  • the lower-level information processing apparatus is an energy control system that adjusts the amount of power supplied to the electrical device by controlling the operation of the electrical device based on the assignment.
  • the lower information processing apparatus Environmental information acquisition means for acquiring at least one environmental information as an external temperature, an external temperature, an amount of solar radiation, and customer behavior, as the parameter; Internal information acquisition means for acquiring operating condition information indicating the operating condition of the electrical device as the parameter; Power consumption estimation means for estimating the power consumption of the electrical device based on the environmental information and the operating condition information; The estimated power consumption is transmitted to the higher-level information processing apparatus, and the operation of the electric device is performed based on the assignment of assignment determined based on the estimated value of the power consumption by the higher-level information processing apparatus.
  • An energy control system comprising control amount setting means for adjusting a power supply amount to the electric device by controlling.
  • the lower information processing apparatus An operation time acquisition means for acquiring, as the parameter, time zone information indicating an operation scheduled time zone in which the electrical device operates;
  • the control amount setting means includes the time information and the power efficiency information indicating at least the power efficiency of the electric device among the information included in the operation condition information together with the estimated power consumption.
  • the upper information processing apparatus operates in a time zone in which the power efficiency of the entire power network is equal to or greater than a predetermined value, in which a time period in which the electrical equipment with the power efficiency is greater than a certain value operates and the power supply amount is less than the predetermined value.
  • an energy control system that determines the assignment of the share so that an electric device having the power efficiency less than a certain value operates.
  • the lower information processing apparatus calculates an internal state of the electric device when the electric device is not operating, and estimates power consumption when the electric device is subsequently operated based on the internal state Energy control system.
  • the low-order information processing apparatus is an energy control system that calculates three-dimensional information of an estimated power consumption value based on a future elapsed time and an operation elapsed time of the electric device based on the parameter.
  • parameter acquisition means for acquiring parameters for estimating power consumption according to the status of the electrical devices;
  • Power consumption estimation means for estimating the power consumption of the electrical equipment based on the parameters;
  • An energy control device comprising control amount setting means for adjusting a power supply amount to the electric device.
  • parameter acquisition processing for acquiring parameters for estimating power consumption according to the status of the electrical devices;
  • Power consumption estimation processing for estimating the power consumption of the electrical device based on the parameters;
  • An allocation determination process for determining allocation of power supply / demand adjustment sharing of the electric equipment in the power network based on the power supply / demand capability in the predetermined power network and the estimated value;
  • An energy control method comprising: an adjustment process for adjusting a power supply amount to the electric device by controlling an operation of the electric device based on the assignment.
  • a parameter acquisition procedure for acquiring parameters for estimating power consumption according to the status of the electrical devices;
  • a power consumption estimation procedure for estimating the power consumption of the electrical device based on the parameters;
  • An allocation determination procedure for determining allocation of allocation of power supply and demand adjustment of the electrical equipment in the power network based on the power supply and demand capability in the predetermined power network and the estimated value;
  • a recording medium on which a program for controlling an operation of the electric device based on the assignment to execute an adjustment procedure for adjusting a power supply amount to the electric device is recorded.

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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

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記録媒体
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　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。

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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