JP2017028869A - 需給計画作成装置、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】系統受電電力の平準化を図ることにより、契約電力を下げ、以って基本料金を下げる。【解決手段】最適化部１８は、発電機等の運用スケジュールの評価の為の目的関数として、所定期間における発電機による発電コストと、系統受電電力の買電コストと、系統受電電力の最大値／最小値に応じたコストとによる総コストを、最小化するものを用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、電力需給計画作成方法に関する。

電力需要は、季節や時間帯、曜日等の様々な要因によって時々刻々と変化するが、電力の需要と供給のバランスが崩れると電力系統の周波数や電圧の変化、停電などが発生し、安定的な電力の供給に支障が生じる。

そのため、電力需要の予測を正確に行い、需要と供給のバランスを維持するように、電力系統を制御することが大切である。
このように、電力系統の運用では、予測した電力需要に対して、各種運用制約を考慮した上で、運用コスト（＝発電機の発電コスト＋買電料金−売電料金）が最小となるように需給計画を立案し、運用している。

また近年、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを用いた分散型電源の普及に伴い、蓄電池の普及も進んでおり、需給計画を考える上で無視できない存在となってきている。
そのため、蓄電池の制約条件を考慮した最適化計画手法が考えられており、例えば特許文献１の発明では、蓄電池を含む電力系統において、運用コスト（＝発電機の発電コスト＋買電料金−売電料金）が最小となる需給計画の立案方法が提案されている。

一般的に、需要家が電力会社から購入する月々の電気料金（買電料金）は、契約電力（アンペア）の大きさによって決められる「基本料金」と、使用電力量によって計算される「電力量料金」の合計となる。電力会社と需要家の間における電気料金契約は、年間を通じた需要家の最大需要を超過しない契約電力で契約する。つまり、基本料金を下げるためには年間を通じた需要家の最大需要を下げることが重要である。

尚、よく知られているように、需要家が一般家庭である場合には、需要家の最大需要が一時的でも契約電力を超えた場合には、ブレーカーが落ちるようになっている。一方、工場等の場合には、需要家の最大需要が契約電力を超えた場合には、ペナルティ金が課せられることになる。

上記需要家の電気料金抑制のための蓄電池導入目的として、負荷平準化を図ることにより最大需要を下げ、以って契約電力自体を下げて「基本料金」が安い契約にすることが挙げられる。

特許第５５４０６９８号

しかしながら、特許文献１の従来手法では、電気料金の中で日々の使用電力量によって計算される「電力量料金」は考慮しているが、需要家の年間最大需要の低減を考慮していないため、契約電力の大きさによって決められる「基本料金」が下がらない可能性がある。

電力系統の多くは、夜間が低負荷・低料金（電力料金単価が安い）、昼間が高負荷・高料金（電力料金単価が高い）であるため、特許文献１に記載の方法でも結果的に蓄電池による負荷平準化が行われる計画が出力され、契約電力が下がる可能性はある。しかし、今後、更なる分散型電源の普及に伴い、負荷の形態が多様化した場合、特許文献１に記載の方法では負荷平準化が期待できないことも考えられる。

本発明の課題は、発電設備と蓄電設備を備える電力系統における発電設備及び蓄電設備の需給計画を作成する装置等に係わり、系統受電電力の平準化を図ることにより、契約電力を下げ、以って基本料金を下げられるようにすることで、全体のコスト低減を図ることが可能な需給計画作成装置、プログラム等を、提供することである。

本発明の需給計画作成装置は、発電機と蓄電池と負荷設備を備える電力系統に関して、未来の所定期間における発電機と蓄電池の運用スケジュールを生成する装置であって、下記の構成を有する。

・前記所定期間における前記負荷設備による消費電力である負荷電力を予測する負荷電力予測手段；
・前記所定期間における前記発電機による発電コストと系統受電電力の買電コストと系統受電電力の最大値／最小値に応じたコストとに係わる第一目的関数を用いて、前記発電機と前記蓄電池に関する各種制約条件と、前記負荷電力予測手段で求められる前記負荷電力予測値とに基づいて、前記第一目的関数を最小にする前記発電機と蓄電池の運用スケジュールを生成する運用スケジュール生成手段。

本発明の需給計画作成装置、プログラム等によれば、発電設備と蓄電設備を備える電力系統における発電設備及び蓄電設備の需給計画を作成する装置等に係わり、系統受電電力の平準化を図ることにより、契約電力を下げ、以って基本料金を下げられるようにすることで、全体のコスト低減を図ることが可能となる。

本例の電力系統計画作成装置のシステム構成図である。 電力需要実績ＤＢの具体例を示す図である。 気象実績ＤＢの具体例である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本例の電力系統計画作成装置１０のシステム構成図である。
尚、図示の電力系統計画作成装置１０の構成のうち、上記特許文献１や先願（特開２０１１−１１４９４５号公報）の構成と略同様であっても構わない構成がある。例えば、先願の図２の構成と、略同様であっても構わない構成がある。これより、図１に示す構成について、上記先願や特許文献１等の構成と略同様であっても構わない構成については、簡単に説明するのみとし、詳細には説明しない場合もあるものとする。

電力系統計画作成装置１０は、電力需要実績ＤＢ１１，気象実績ＤＢ１２，発電機特性ＤＢ１３，蓄電池特性ＤＢ１４，運用制約ＤＢ１５の各種ＤＢ（データベース）を有する。また、電力系統計画作成装置１０は、電力需要予測部１６，目的関数・制約条件生成部１７，最適化部１８の各種処理機能部を有する。

尚、電力系統計画作成装置１０は、不図示の発電設備と不図示の蓄電設備と不図示の負荷設備を備える電力系統における発電設備及び蓄電設備の需給計画を作成する装置である。この電力系統は、例えば任意の需要家の施設内（工場など）に設けられている。発電設備（発電機）は、基本的には内燃力発電設備（火力発電設備）等であるが、この例に限らない。

需要家は、上記負荷設備による電力需要を、上記発電設備などによって賄うが、外部から買電する場合もある。外部からの買電とは、例えば、電力会社による系統受電電力の買電である。上記のように、需要家は電力会社と予め任意の契約電力で契約しており、契約電力の大きさによって決められる「基本料金」も支払っている。本手法では、系統受電電力の平準化を図ることにより、契約電力を下げ、以って基本料金を下げられるようにすることで、全体のコスト低減を図ることが可能となる。詳しくは後述する。

電力系統計画作成装置１０は、例えばパソコン、サーバ装置等の汎用のコンピュータ装置上で実現される。よって、特に図示しないが、一般的なパソコン等のハードウェア構成を備えている。例えば、ＣＰＵ、メモリやハードディスク等の記憶部、通信機能部等を備えている。記憶部には予め所定のアプリケーションプログラムが記憶されている。ＣＰＵが、このアプリケーションプログラムを実行することで、例えば上記電力需要予測部１６、目的関数・制約条件生成部１７、最適化部１８等の各種機能部の処理機能が実現される。

また、上記不図示の通信機能部により不図示のネットワークを介して他のコンピュータとの通信を行って、電力需要データ、気象データ（実績や予報など）を取得することができる。

電力系統計画作成装置１０は、上記各種ＤＢ（データベース）１１〜１５の格納データを用いて、上記各種機能部１６〜１８の処理を実行することで、最終的には、不図示の発電機（内燃力発電設備）の発電計画、および不図示の蓄電池の充放電計画を生成する。

このように、特に図示しないが、本例の電力系統計画作成装置１０は、例えば上記特許文献１や先願（特開２０１１−１１４９４５号公報）や参考文献（特開２００６−９４６４９号公報など）と同様に、発電機（内燃力発電設備）と蓄電池を有する電力系統に関して、これら発電機や蓄電池の運用スケジュール（発電計画および充放電計画）を生成するものである。但し、先願等とは異なり、対象となる電力系統には再生可能エネルギー利用発電設備（太陽光発電など）は無くてもよく、本例では無いものとして説明するが、この例に限らない。

上記発電計画および充放電計画（まとめて供給電力計画と呼ぶ場合もあるものとする）は、未来の所定の時間範囲（所定期間）における所定の単位時間毎のデータとなる。この単位時間は、例えば、３０分単位或いは１時間単位等であり、ユーザ等が任意に設定することが可能である。また、上記所定の時間範囲（所定期間）は、例えば、１日分（２４時間分）や１週間分等であり、この時間範囲についてもユーザ等が任意に設定することが可能である。

ここで、電力需要実績ＤＢ１１は、先願（特開２０１１−１１４９４５号公報）の負荷ＤＢ１６と略同様であってよく、気象実績ＤＢ１２は先願の気象ＤＢ１７と略同様であってよく、電力需要予測部１６は先願の負荷予測部１１と略同様であっても構わない。まず、これらについて、以下、簡単に説明する。

（１）電力需要実績ＤＢ１１
電力系統計画作成装置１０は、電力需要の実績値を所定の時間単位毎に取得して電力需要実績ＤＢ１１に蓄積する。電力系統計画作成装置１０は、例えば不図示の各需要家（工場など）の負荷（電力需要）について、その実績値（計測値など）を、不図示の外部の装置／機器から不図示のネットワーク等を介して所定の単位時間毎に（３０分毎、１時間毎など）取得して、電力需要実績ＤＢ１１に格納する。

例えば定期的に、不図示の各負荷設備に設置されている不図示の電力計測装置から、この電力計測装置による計測値（その負荷設備による消費電力）を、不図示の通信ネットワークを介して取得して、電力需要実績ＤＢ１１に蓄積するものであってもよい。尚、その際、全ての負荷設備による消費電力の総和を算出して、これを上記電力需要実績値として電力需要実績ＤＢ１１に蓄積するようにしてもよい。尚、本例の“電力需要”は、先願における“負荷電力”と同義であると見做して構わない。

上記単位時間は、３０分、６０分など任意の値が、ユーザ等によって設定可能である。電力需要実績ＤＢ１１には、単位時間毎の負荷（電力需要）の実績値が、日付と時間帯を紐付けて格納される。

図２には、上記単位時間を６０分とした場合の電力需要実績ＤＢ１１の具体例を示している。
電力需要実績ＤＢ１１は、例えば図示の日付２１、時間帯２２、負荷電力実績値２３の各データ項目から成る。日付２１及び時間帯２２毎に、上記取得された電力需要実績値である負荷電力実績値２３が格納される。尚、時間帯２２が上記単位時間に対応するものであり、図示の例では６０分単位（１時間単位）となっている。

（２）気象実績ＤＢ１２
電力系統計画作成装置１０は、気象データの実績値／予報等を所定の単位時間毎に取得して気象実績ＤＢ１２に蓄積する。例えば、上記先願と同様に、不図示の気象サーバから気象データを、不図示のネットワークを介して取得するものであってもよいが、この例に限らない。

気象データとは、気温、湿度等の実績データ／予報データである。上記単位時間は、３０分、６０分など任意の値が、ユーザ等によって設定可能である。気象実績ＤＢ１２には、単位時間毎の気象実績値が格納される。つまり、日付と時間帯を紐付けて気象実績値が格納される。単位時間を６０分（１時間単位）とした場合の気象実績ＤＢ１２の例を、図３に示す。

気象実績ＤＢ１２は、例えば図示の日付３１、時間帯３２、気温実績値３３の各データ項目から成る。日付３１及び時間帯３２毎に、上記取得された気象データの一例である過去の気温データが、気温実績値３３が格納される。尚、時間帯３２が上記所定の単位時間に対応するものであり、図示の例では６０分単位（１時間単位）となっている。

尚、基本的には、更に不図示の気象予報データ（予測対象日の気象予報値（気温の予報値等））も、気象実績ＤＢ１２に格納される。尚、予測対象日は、上記未来の所定期間の一例である。

（３）電力需要予測部１６
電力需要予測部１６は、電力需要実績ＤＢ１１に格納されている電力需要実績、気象実績ＤＢ１２に格納されている気象実績及び予測対象日の気象予報値を用いて、上記未来の所定期間内における単位時間毎の電力需要を予測する。未来の所定期間（予測対象日等）は例えば翌日（２４時間）であり、単位時間は電力需要実績ＤＢ１１、気象実績ＤＢ１２と同じ間隔とする（つまり、本例では１時間単位）。

電力需要の予測方法としては、需要の形態に合わせて様々な手法を用いることができる。例えば、予測対象日と同じ曜日の過去の実績値と同じとする方法、予測対象日の前日の実績値と同じとする方法、電力需要と気温の関係をニューラルネットワークによりモデル化する方法など、様々な方法を用いることができる。

電力需要予測部１６の処理は、例えば一例としては、上記先願（特開２０１１−１１４９４５号公報）や、特開２０１４−８２９３２号公報などに、略同様の機能が開示されていると見做しても構わない。例えば、電力需要予測部１６の処理は、上記先願に記載の負荷予測部１１の処理と略同様であってもよい。よって、ここでは特に電力需要予測部１６の処理の詳細については説明しないものとする。

目的関数・制約条件生成部１７は、上記電力需要予測部１６の処理によって得られた電力需要予測値と、発電機特性ＤＢ１３，蓄電池特性ＤＢ１４，運用制約ＤＢ１５等の各種データベースの格納データ等を用いて、目的関数値の算出、制約条件の算出を行う。この処理自体や各データベース（１３，１４，１５）の格納データ自体は、上記特許文献１や先願等と同様であってよく、特に詳細には説明しないが、本手法では、この処理に使用する目的関数が、従来（特許文献１や先願など）とは異なることになる。目的関数については、後述するものとし、まず、上記各データベース（１３，１４，１５）の格納データについて、具体例を挙げながら簡単に説明する。

（４）発電機特性ＤＢ１３
発電機特性ＤＢ１３は、発電計画を作成する際に用いられる、各発電機の所定の特性データを格納するＤＢ（データベース）である。発電機の特性としては、例えば以下に示す特性が具体例として挙がられるが、これらの例に限らない。

・燃料費特性
・起動費特性
・出力下限値
・出力上限値
・出力変化率下限
・出力変化率上限
・最小連続停止時間
・最小連続運転時間

（５）蓄電池特性ＤＢ１４
蓄電池特性ＤＢ１４は、充放電計画を作成する際に用いられる、各蓄電池の所定の特性データを格納するＤＢ（データベース）である。蓄電池の特性としては、例えば以下に示す特性が具体例として挙がられるが、これらの例に限らない。

・充電ロス
・充電電力下限値
・充電電力上限値
・放電電力下限値
・放電電力上限値
・充電電力量下限
・充電電力量上限

（６）運用制約ＤＢ１５
運用制約ＤＢ１５は、発電計画、充放電計画を作成する際に考慮する各種制約条件を格納するＤＢ（データベース）である。制約条件としては以下に示す各種制約を考慮するのが一般的であるが、この例に限らず、これら以外の制約を考慮することも可能である。

（ａ）需給バランス制約
ただし、
Dt：時刻tにおける電力需要予測値
P_i,t：発電機iの時刻tにおける発電出力
BD_j,t：蓄電池jの時刻tにおける放電電力
BC_j,t：蓄電池jの時刻tにおける充電電力
vd_j,t：蓄電池jの時刻tにおける放電モードフラグ（０：充電モード、１：放電モード）
vc_j,t：蓄電池jの時刻tにおける充電モードフラグ（０：放電モード、１：充電モード）
P_Bt：系統受電の時刻tにおける受電電力

（ｂ）発電機出力上下限制約
ただし、
P_i ^min：発電機iの出力下限値
P_i ^max：発電機iの出力上限値

（ｃ）発電機出力変化率上下限制約
ただし、
ΔP_i ^downmax：発電機iの下降側最大変化率
ΔP_i ^upmax：発電機iの上昇側最大変化率

（ｄ）発電機最小連続停止制約
ただし、
u_i,t：発電機iの時刻tにおける起動停止変数（0：停止，1：運転）
mint_i：発電機iの最小連続停止時間

（ｅ）発電機最小連続運転制約
ただし、
minr_i：発電機iの最小連続運転時間

（ｆ）蓄電池充放電上下限制約
ただし、
HG_j,t：蓄電池jの時刻tにおける充電電力
HG_j ^min：蓄電池jの充電電力下限値
HG_j ^max：蓄電池jの充電電力上限値
HP_j,t：蓄電池jの時刻tにおける放電電力
HP_j ^min：蓄電池jの放電電力下限値
HP_j ^max：蓄電池jの放電電力上限値

（ｇ）蓄電池充電電力量上下限制約
ただし、
LH_j ^min：蓄電池jの充電電力量下限値
LH_j ^max：蓄電池jの充電電力量上限値

（７）目的関数・制約条件生成部１７
目的関数・制約条件生成部１７は、電力需要実績ＤＢ１１，気象実績ＤＢ１２，発電機特性ＤＢ１３，蓄電池特性ＤＢ１４，運用制約ＤＢ１５の各種ＤＢ（データベース）の各種データを用いて、最適化計算に使用する目的関数および制約条件を生成する。

尚、上記目的関数は、予め設定される複数の目的関数の中から１つを選択して用いてもよく、一例としては後述する目的関数Ａと目的関数Ｂの何れかを選択するものであるが、この例に限らない。この選択処理についての具体例は後述する。

（８）最適化部１８
最適化部１８は、電力需要予測部１６にて予測した電力需要に対して目的関数・制約条件生成部１７で生成した制約条件を基に、目的関数が最小となるように発電計画および充放電計画を作成する。最適化方法としては目的関数および制約条件の形態により様々な手法を用いることができる。例えば、線形計画法、二次計画法、各種メタヒューリスティック手法を用いることができる。

何れにしても、目的関数・制約条件生成部１７と最適化部１８の処理自体は、既存の方法であってよく、ここでは特に詳細には説明しないが、例えば特許文献１や先願（特開２０１１−１１４９４５号公報）等に記載の処理方法を用いるようにしてもよい。

例えば、最適化部１８は、目的関数・制約条件生成部１７によって生成される目的関数および制約条件により、制約条件を満たしつつ目的関数（コスト合計）を最小化するような発電機運転計画と蓄電池充放電計画の計画変数を決定変数とする最適解を求める。

決定変数の探索による最適化手法は、一般的に、設定された決定変数に対して目的関数値を算出して、その結果に基づいて、決定変数を前回値からより最適値に近づけるような何等かのルールに基づいて、決定変数を調整する。なお、設定された決定変数では制約条件を満たしていない場合、制約条件を満たす方向に決定変数を調整する。調整後の決定変数に基づいて、再度、目的関数値を計算して、その結果を評価することを繰り返す。これを繰り返すことで、決定変数が最適値に近づいていき、計算された目的関数値が最適条件を満たしていれば、最適解に収束したと判断し、処理を終了する。

あるいは、最適化部１８は、たとえば、上記各種制約条件を満たすようにして発電スケジュールの候補と充放電スケジュールの候補等を任意に決定する。例えば、計画対象期間（未来の所定期間）の各時点において、下記の制約項目（需給バランス）を維持するようにしてスケジュール候補を決定する。

推定総需要電力＝発電機発電電力合計＋蓄電池充放電合計＋買電電力合計
そして、該スケジュール候補に対して上記目的関数を用いた評価を行うことを繰り返し実行することで、最も評価の高い（目的関数の値が最小となる）スケジュール候補を、上記発電計画および充放電計画に決定する。

尚、上記需給バランス以外の各種制約条件も満たすように、上記スケジュール候補を決定するようにしてもよい。あるいは、上記需給バランスを維持するようにしてスケジュール候補を決定した後、このスケジュール候補が上記需給バランス以外の各種制約条件を満たすか否かを判定し、満たさない場合には強制的に目的関数の値を大きくすることで、このスケジュール候補が選ばれないようにしてもよい。

例えば、上記スケジュール候補に含まれる各発電機の有効電力出力値と、系統受電電力の電力量料金（買電の電気料金）を、後述する目的関数Ａや目的関数Ｂの式（ｍｉｎ以外の式）に代入することで、目的関数値（スケジュール候補に応じたコスト値）を算出する。これを繰り返して最も目的関数値が小さい場合を判別して（これがｍｉｎの意味となる）、そのとき用いられたスケジュール候補を、上記発電計画および充放電計画に決定する。

従来技術では、例えば、後述する目的関数Ａを用いて上記処理を行っていた。後述する目的関数Ａの具体例の場合には、例えば計画期間（未来の所定期間）は翌日の２４時間分とし、１時間単位の上記スケジュール候補が任意に生成されることになる。このスケジュール候補には、後述する目的関数Ａの具体例におけるP_Gi(t)（ｔ＝１〜２４）が、含まれていることになり、P_Gi(t)（ｔ＝１〜２４）を目的関数Ａに代入することになる。

また、各時間帯ｔ（ｔ＝１〜２４）毎に、全ての発電機による有効電力出力値の合計を求め、これがその時間帯ｔにおける負荷予測値未満であれば、不足分を系統受電電力で補うことになる。つまり、不足分は外部から買電することになり、この各時間帯ｔ（ｔ＝１〜２４）毎の系統受電電力の買電量に応じたコスト（電気料金）が、後述する目的関数Ａの具体例におけるPBcost(t)の一例であるが、この例に限らない。

そして、上記各時間帯ｔ（ｔ＝１〜２４）毎の系統受電電力の買電量の中から、所定期間内における最小値と最大値を求め、これらが後述する目的関数ＢにおけるPB(t)min、PB(t)maxとなる。例えば、ｔ＝５のときに最小値となり、ｔ＝１４のときに最大値となる等の例が考えられる。

但し、この例に限らず、例えばPB(t)min、PB(t)maxの値は、任意に（ランダムに）生成するものであっても構わない。
尚、例えば電力会社から購入する上記系統受電電力の買電量が、たとえ一時的であっても、予め契約によって決められた契約電力を超えないようにする必要がある。つまり、系統受電電力のピーク値が、契約電力以下となるようにする必要がある。しかしながら、背景技術で説明したように、契約電力が高いと「基本料金」が高くなる。本手法では、上記目的関数Ａの代わりに、後述する目的関数Ｂを用いることで、系統受電電力のピーク値を抑え、以って契約電力を抑えることで、「基本料金」を低減させることが期待できる。「基本料金」を低減させることで、仮に発電機による発電コスト等が多少上昇したとしても、全体としてのコストが低くなることが期待できる。

既に述べたように、最適化部１８の処理自体は略従来と同様であっても、使用する目的関数は従来とは異なる。これについて、以下、具体例を用いて説明する。
まず、従来で用いた目的関数は、基本的には、下記の目的関数Ａを用いるものと見做すことができる。尚、目的関数Ａは、例えば上記特許文献１に開示されている目的関数における基本的な部分を、抽出したものと見做しても良い。よって、この例に限るものではなく、更に蓄電池の充電ロス費用等が加わっても構わない。

＊“目的関数Ａ”

但し、Giは発電機番号、Gnは発電機の数、P_Gi(t)は時刻tにおけるGi発電機の有効電力出力値、a_Gi、b_Gi、c_Giは発電機Giの有効電力とコストの関係を示す係数である。コストは発電機の有効電力出力の二次関数で近似されるため、このような定式化が行われる。

また、PBcost(t)は、時刻tにおける系統受電電力の電力量料金である。PBcost(t)は、買電コストであり、系統受電電力の購入コストである（外部からの電力購入コスト；電力会社からの電力購入コスト）。

一例としては、各時刻ｔ毎に、推定総需要電力が、発電機による全発電量（P_Gi(t)の総和）と、蓄電池による放電量と合計値より大きい場合に、不足分の電力を外部（系統電力）から購入することになるが、この例に限らない。例えば、時刻ｔにおける不足分の電力量（買電量）をＲ（ｔ）、買電単価をｊとした場合、PBcost(t)＝Ｒ（ｔ）×ｊとなる。

目的関数Ａは、「発電機による発電コスト」と「系統受電電力の購入コスト（電力量料金）」との合計値（総コスト）の最小化を図るものと言える。
このように、目的関数Ａでは、電気料金の中で日々の使用電力量によって計算される「電力量料金」は考慮しているが、基本料金削減のために重要になる需要家の年間最大需要の低減を考慮していない。尚、年間最大需要は、年間を通して最も実質的な負荷（電力需要）が大きかったときの負荷値である。尚、実質的な負荷（電力需要）とは、例えば、電力会社側から見た負荷を意味する。よって、需要家の負荷設備による負荷が大きくても、この負荷を発電機と蓄電池によって賄えるのであれば、実質的な負荷（電力需要）は‘０’と考えることもできる。

上記実質的な負荷値が、たとえ一時的でも基本料金に応じた契約電力値を超えることがないようにする必要がある。逆に言えば、計画期間内の系統受電電力の最大値が、出来るだけ小さくなるように、発電計画等を作成することで、契約電力値を下げることが期待でき、以って基本料金を下げることが期待できる。

そこで、本手法では下記の目的関数Ｂを用いることを提案する。
ここで、目的関数Ｂとして下記の３種類を提案する。すなわち、下記の目的関数Ｂ−１、目的関数Ｂ−２、目的関数Ｂ−３の３種類を提案する。３種類のうちの何れを用いても構わないが、目的関数Ｂ−１が最も効果的であると考える。また、必ずしも常に目的関数Ｂを用いるとは限らず、何等かの条件（時期等）に応じて、目的関数Ａと使い分けるようにしてもよい。これについては後述する。

＊“目的関数Ｂ−１”

＊“目的関数Ｂ−２”

＊“目的関数Ｂ−３”

但し、Giは発電機番号、Gnは発電機の数、P_Gi(t)は時刻tにおけるGi発電機の有効電力出力値、a_Gi、b_Gi、c_Giは発電機Giの有効電力とコストの関係を示す係数である。P_B(t)は系統受電の時点tにおける受電電力、PBcost(t)は時刻tにおける系統受電電力の電力量料金（従量料金）である。また、k、ｓはペナルティ係数であり、例えば電力値をコスト（料金）に変換する為の係数であり、開発者等が任意に決定・設定してよい。PB(t)maxは系統受電電力の計画期間内における最大値、PB(t)minは系統受電電力の計画期間内における最小値である。尚、ｋ≠ｓであってもよいし、ｋ＝ｓであっても構わない。

上記のことから、目的関数Ｂ−１は、目的関数Ａに、“ｋ（PB(t)max−PB(t)min）＋ｓPB(t)max”の項が追加されたものと見做してよい。同様に、目的関数Ｂ−２は、目的関数Ａに、“ｓPB(t)max”の項が追加されたものと見做してよい。目的関数Ｂ−３は、目的関数Ａに、“ｋ（PB(t)max−PB(t)min）”の項が追加されたものと見做してよい。

目的関数Ｂ−１は、“ｋ（PB(t)max−PB(t)min）＋ｓPB(t)max”の項により、系統受電電力の計画期間内における最大値を小さくすることが可能になると共に、最大値と最小値の差が小さくなり、変動が大きい場合の負荷形態に対する平準化に貢献することが可能となる。系統受電電力の最大値を小さくすることで、契約電力を下げることが可能となり、以って電気料金の基本料金を下げることが期待できる。

また、目的関数Ｂ−２は、“ｓPB(t)max”の項により、系統受電電力の計画期間内における最大値を小さくすることが可能になり、これより契約電力を下げることが可能となり、以って電気料金の基本料金を下げることが期待できる。また、最大値が小さくなることで、最大値と最小値の差が小さくなることも期待でき、以って系統受電電力の平準化に貢献することが可能となる。

また、目的関数Ｂ−３は、“ｋ（PB(t)max−PB(t)min）”の項により、最大値と最小値の差が小さくなり、変動が大きい場合の負荷形態に対する平準化に貢献することが可能となる。また、最大値と最小値の差が小さくなることで、最大値が小さくなる可能性も期待できる。

上述したことから、目的関数Ｂは、所定期間における発電機による発電コストと系統受電電力の買電コストと系統受電電力の最大値／最小値に応じたコストとによる総コストを、最小化するものである。目的関数Ｂは、上記所定期間における上記発電コストと上記系統受電電力の買電コストと、“該系統受電電力の最大値”または／及び“該最大値と最小値との差”に応じて決められるコストとによる総コストを、最小化するものである。

尚、本説明における“／”は、ＯＲ条件（“または”や“あるいは”）を意味するものとする。よって、上記「または／及び」は、「またはＯＲ及び」を意味する。これより、上記“該系統受電電力の最大値に応じたコスト”または／及び“該最大値と最小値との差に応じたコスト”は、以下の３通りの何れかを意味することになる。

・“該系統受電電力の最大値に応じたコスト”
・“該最大値と最小値との差に応じたコスト”
・“該系統受電電力の最大値に応じたコスト”及び“該最大値と最小値との差に応じたコスト”

目的関数Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３は、何れも、系統受電電力の平準化を図るものであると言える。つまり、系統受電電力の最大値（ピーク値）を抑えることも、系統受電電力の最大値と最小値との差を小さくすることも、何れも、系統受電電力の平準化を図るものと見做すことができる。そして、これによって、契約電力を下げ、以って基本料金を下げられるようにすることで、全体のコスト低減を図ることができるものである。

また、上述したことから、目的関数Ａは、上記所定期間における上記発電機による発電コストと系統受電電力の買電コストとによる総コストを、最小化するものである。
ここで、既に述べたように、本手法では、必ずしも常に目的関数Ｂを用いるとは限らず、目的関数Ａと目的関数Ｂのどちらかを選択的に使用するものであっても構わない。

例えば一例としては、時期に応じて目的関数Ａと目的関数Ｂとを使い分ける方法を提示する。目的関数Ｂは１日の最大需要を低減する効果があるため、契約電力低減に有効である。しかしながら、１日の最大需要を低減するために、目的関数Ａに比べて運用コストには不利な計画を立案する可能性があるという課題がある。

契約電力は一般的に需要家の年間最大需要で決めるため、年間の中で需要の多い時期（例えば、夏季や冬季）の最大需要を、目的関数Ｂを用いることで低減できれば、契約電力低減には有効である。しかし、夏季や冬季以外の時期すなわち春季や秋季は、目的関数Ｂにより最大需要を低減するが運用コストには不利な計画を立案するよりも、目的関数Ａにより運用コストを最小化した方が、全体のコスト低減につながる。

上記のことから、例えばコンピュータ等によって、電力需要実績ＤＢ１１に格納されている過去の需要実績を分析し、年間最大需要が発生した日を検出し、この日を含む所定期間（例えば、この日の前後数十日、あるいはこの日が含まれる月とその前後の数か月の期間など）、すなわち年間最大需要の発生日を含む所定期間を、目的関数Ｂの適用期間に決定し、この期間以外は目的関数Ａを使用するものと決定する。

勿論、これは一例であり、この例に限らない。何れにしても、何らかの方法で、１年間において目的関数Ｂの適用期間と、目的関数Ａの適用期間とを自動的に決定することができ、目的関数Ａと目的関数Ｂとを使い分けることで、全体のコスト低減を実現させることができる。

上述したように、本例の電力系統計画作成装置１０は、需給計画の対象期間中における負荷設備の電力消費量の予測値に基づいて、発電設備および蓄電設備を備えた電力系統における発電設備及び蓄電設備の需給計画を行う電力需給計画作成装置であって、契約電力を下げるようにしつつ、発電設備および蓄電設備の運転コストを低減または最小化することができる。これより、発電電力と電力需要のバランスを取りつつ基本料金を下げることができ、コスト削減効果が更に得られる電力需給計画を作成することができる。

本発明により、蓄電池による負荷平準化をある程度の強制力を持って実施することにより、契約電力を下げ、以って基本料金を下げることで、コスト最小化を図ることが可能となる。

１０ 電力系統計画作成装置
１１ 電力需要実績ＤＢ
１２ 気象実績ＤＢ
１３ 発電機特性ＤＢ
１４ 蓄電池特性ＤＢ
１５ 運用制約ＤＢ
１６ 電力需要予測部
１７ 目的関数・制約条件生成部
１８ 最適化部
２１ 日付
２２ 時間帯
２３ 負荷電力実績値
３１ 日付
３２ 時間帯
３３ 気温実績値

Claims (10)

1. 発電機と蓄電池と負荷設備を備える電力系統に関して、未来の所定期間における発電機と蓄電池の運用スケジュールを生成する装置であって、
   前記所定期間における前記負荷設備による消費電力である負荷電力を予測する負荷電力予測手段と、
   前記所定期間における前記発電機による発電コストと系統受電電力の買電コストと系統受電電力の最大値／最小値に応じたコストとに係わる第一目的関数を用いて、前記発電機と前記蓄電池に関する各種制約条件と、前記負荷電力予測手段で求められる前記負荷電力予測値とに基づいて、前記第一目的関数を最小にする前記発電機と蓄電池の運用スケジュールを生成する運用スケジュール生成手段と、
   を有することを特徴とする需給計画作成装置。
2. 前記第一目的関数は、前記所定期間における、前記発電コストと、前記系統受電電力の買電コストと、該系統受電電力の最大値または／及び該最大値と最小値との差に応じたコストとによる総コストを、最小化するものであることを特徴とする請求項１記載の需給計画作成装置。
3. 前記第一目的関数は、
   であることを特徴とする請求項１または２記載の需給計画作成装置。
4. 前記第一目的関数は、
   であることを特徴とする請求項１または２記載の需給計画作成装置。
5. 前記第一目的関数は、
   であることを特徴とする請求項１または２記載の需給計画作成装置。
6. 前記運用スケジュール生成手段は、
   前記発電機による発電コストと前記系統受電電力の買電コストとに係わる第二目的関数をさらに有し、前記第一目的関数と第二目的関数の何れか一方を選択して用いることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の需給計画作成装置。
7. 前記第二目的関数は、前記所定期間における前記発電機による発電コストと前記系統受電電力の買電コストとによる総コストを、最小化するものであることを特徴とする請求項６記載の需給計画作成装置。
8. 前記第二目的関数は、
   であることを特徴とする請求項７記載の需給計画作成装置。
9. 前記運用スケジュール生成手段は、前記第一目的関数と第二目的関数の何れか一方を選択して用いるものであり、
   該第一目的関数と第二目的関数の選択は、年間最大需要が発生した日に基づいて決定することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の需給計画作成装置。
10. 発電機と蓄電池と負荷設備を備える電力系統に関して、未来の所定期間における発電機と蓄電池の運用スケジュールを生成するコンピュータを、
    前記所定期間における前記負荷設備による消費電力である負荷電力を予測する負荷電力予測手段と、
    前記所定期間における前記発電機による発電コストと系統受電電力の買電コストと系統受電電力の最大値／最小値に応じたコストとに係わる第一目的関数を用いて、前記発電機と前記蓄電池に関する各種制約条件と、前記負荷電力予測手段で求められる前記負荷電力予測値とに基づいて、前記第一目的関数を最小にする前記発電機と蓄電池の運用スケジュールを生成する運用スケジュール生成手段と、
    として機能させる為のプログラム。