JP5253617B1 - 管理装置、管理システム、管理方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】通信手段20は、電力需要家における複数の管理対象と通信を行う。動作モード判定手段24は、通信手段20で受信する各管理対象の状態を示す情報に基づいて、複数の管理対象全体のシステム状態が所定の条件を満たすか否か判定する。ネットワーク通信モード切替手段25、通信パラメータ変更手段26、機器通信条件設定手段27、状態値取得周期設定手段28及び通信パラメータ設定手段29は、動作モード判定手段24でシステム状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、通信手段20における通信状態を、システム状態及び自機の処理性能に応じて調整する。
【選択図】図2
Description
電力需要家における複数の管理対象と通信を行う通信部と、
前記通信部で受信された前記各管理対象の状態を示す情報に基づいて、前記複数の管理対象全体のシステム状態が所定の条件を満たすか否か判定する判定部と、
前記判定部で前記システム状態が前記所定の条件を満たすと判定された場合に、前記通信部における通信状態を、前記システム状態及び自機の処理性能に応じて調整する調整部と、
を備える。
機器5は、家電機器又は設備機器である。これらの機器5は、基本的に電力を消費することで所定の機能をユーザに提供する。機器5としては、例えば、照明機器、換気扇、IH(Induction Heating)クッキングヒータ、電子レンジ、冷蔵庫、炊飯器、テレビ、パーソナルコンピュータ、ルームエアコン、床暖房(ヒートポンプ式のものを含む)、電気温水器(ヒートポンプ式のものを含む)、電動窓、電動ブラインドなどのようなものがある。各機器5には無線通信手段10が接続されている。各機器5に接続された無線通信手段10と、コントローラ9に接続された無線通信手段10との間で無線通信が行われる。この無線通信を介して、各機器5は、コントローラ9により監視制御される。
発電システム6は、発電を行うシステムである。このようなシステムとしては、代表的なものに、太陽光発電システムや燃料電池、風力発電システムなどがある。発電システム6は、発電した電力を宅内の機器5の電力として供給するとともに、余剰電力を電源系統3に逆潮流させる。この逆潮流により、売電が行われる。発電システム6には、無線通信手段10が接続されている。発電システム6に接続された無線通信手段10と、コントローラ9に接続された無線通信手段10との間では無線通信が行われる。この無線通信を介して、発電システム6は、コントローラ9により監視制御される。
蓄電システム7は、電力の蓄電と放電が可能なシステムである。蓄電システム7としては、代表的なものに、蓄電池又は宅内に対して充放電が可能な電気自動車などがある。蓄電システム7には、無線通信手段10が接続されている。蓄電システム7に接続された無線通信手段10と、コントローラ9に接続された無線通信手段10との間で無線通信が行われる。この無線通信を介して、蓄電システム7は、コントローラ9により監視制御される。
計測手段8は、宅内において様々な物理量を計測するためのセンサ類である。計測手段8は、物理量を計測する。計測手段8は、計測値を、例えば定期的にコントローラ9に無線通信手段10を介して送信する。計測手段8には、無線通信手段10が接続されている。計測手段8は、例えば、予めコントローラ9等により設定された周期で計測を行い、その計測値をコントローラ9に送信する。
コントローラ9は、システム全体の統括制御を行う。コントローラ9は、CPU及びメモリ等のハードウエアを備えるコンピュータである。CPUがメモリに格納されたプログラムを実行することにより、すなわち、コントローラ9のハードウエア上で動作するソフトウエアプログラムの実行により、以下の構成要素の機能が実現される。
(1)発電システム6の発電電力と蓄電システムの蓄電電力量に応じた機器5の消費電力抑制制御
(2)発電システム6の発電電力に応じた蓄電システム7の充放電制御
(3)ユーザの節電要求に応じた機器5の消費電力抑制制御
(4)電源系統3の停電時等の非常時における発電システム6と蓄電システム7による自給運転制御
システム状態定義手段23は、複数の管理全体のシステム状態を遷移させる遷移条件を保持している。システム状態定義手段23は、システム状態値データベース21内に構築されている。システム状態値データベース21に格納される機器5の状態値(計測手段8の場合には、計測値を含む)のうち、そのシステム状態を特徴付ける状態値に基づいて、複数の異なるシステム状態に対応する遷移条件がそれぞれ定義されている。システム状態定義手段23に設定される遷移条件には、予めシステムに設定されたシステムの自動動作を定義した自動動作条件と、ユーザからの要望に応じてユーザインターフェイスを介して入力されるユーザ要求条件とが含まれる。
動作モード判定手段24は、システム状態値データベース21に格納される管理対象(機器5、発電システム6、蓄電システム7及び計測手段8)の状態値(計測値含む)に基づいて、複数の管理対象全体のシステム状態が、システム状態定義手段23に定義されたシステム状態の遷移条件を満たすか否かを判定する。動作モード判定手段24は、判定されたシステム状態に応じた動作モードを出力する。
ネットワーク通信モード切替手段25は、動作モード判定手段24より出力される動作モードに応じて、無線通信手段10により構築されるネットワークの通信モードを変更し、変更した通信モードを出力する。
通信パラメータ変更手段26は、ネットワーク通信モード切替手段25より出力される通信モードに応じて、機器通信条件設定手段27、状態値取得周期設定手段28に対して、それぞれの通信パラメータの変更を指示する。
機器通信条件設定手段27は、通信パラメータ変更手段26からの指示に応じて、通信モードに対応するように管理対象(機器5、発電システム6、蓄電システム7及び計測手段8)の優先度を変更し設定する。管理対象の優先度には、管理対象の通信や管理対象そのものの動作を禁止する設定が含まれる。
状態値取得周期設定手段28は、通信パラメータ変更手段26からの指示に応じて、通信モードに対応するように管理対象(発電システム6、蓄電システム7、機器5、計測手段8)に対する通信周期を変更し設定する。状態値取得周期設定手段28は、例えば、通信モードに応じて、状態値取得通信の通信周期を長くする、状態値取得通信の通信周期を短くする、状態取得通信を行わない、などのような設定が可能である。通信周期とは、主として、コントローラ9から各管理対象に対して状態値取得要求を繰り返し送信するときの周期である。ここでは、管理対象毎に取得周期を持つことができるだけでなく、管理対象がもつ複数の状態値のそれぞれに対して異なる通信周期を持つことが可能である。
通信パラメータ設定手段29は、機器通信条件設定手段27及び状態値取得周期設定手段28で決定された、通信手段20の通信状態を規定する通信パラメータ(優先度や周期を決定するパラメータ)を保持する。通信手段20は、通信パラメータ設定手段29に保持された通信パラメータに従って、管理対象(発電システム6、蓄電システム7、機器5、計測手段8)との間の通信を実行する。
(1)コントローラ9からの状態値取得要求(以下、取得要求とする)に対する状態値取得応答(以下、取得応答とする)の返信
(2)コントローラ9からの制御設定要求(以下、制御指令とする)に対する制御設定応答(以下、設定応答とする)の返信
(3)自発的な状態変化情報の送信
なお、計測手段8は、コントローラ9との間で、取得要求及び取得応答の送受信又は、設定要求及び設定応答の送受信を行わないようにしてもよい。この場合には、計測手段8は、状態変化情報として、定期的に計測値を送信する。
コントローラから機器5に対する制御指令で指令可能な制御内容は、機器の停止/運転、機器動作モードの変更、機器設定値の変更、機器運転能力の変更、機器動作制限値(消費電力上限値)の設定などである。コントローラ9から発電システム6に対する制御指令で指令可能な制御内容は、発電動作の停止/運転、発電電力の抑制などである。コントローラ9から蓄電システム7に対する制御指令で指令可能な制御内容は、システムの停止/運転、充電指示、放電指示、充電電力指示値、放電電力指示値などである。
[通信レベル]
通信レベルには、以下の4つがある。
通信レベル1:管理対象との間で通信に制限が設けられず、管理対象に対して通常の動作が許可される。
通信レベル2:管理対象との間の通信に制限が設けられる。状態値の変化が生じても、状態変化情報の送信が禁止される。
通信レベル3:管理対象との間の通信に強い制限が設けられる。状態変化情報の送信が禁止される。また、自動制御とユーザによる手動運転を含め運転動作自体が制限される。
通信レベル4:
管理対象との間の通信に最大の制限が設けられる。通信レベル3の動作に加え、その管理対象が運転中であった場合においても強制的に運転を停止させる。
状態値取得周期設定手段28は、通信パラメータ変更手段26から指示される通信モードに応じて、管理対象の有する状態値ごとに状態値取得要求を送信する周期を変更する。周期の変更は、以下の状態監視レベルを変更することにより行われる。
[状態監視レベル]
状態監視レベル1:状態監視を強化するレベルである。このレベルでは、取得要求の送信周期を短く設定する。
状態監視レベル2:通常状態である。
状態監視レベル3:取得要求の送信周期を長く設定する。
状態監視レベル4:取得要求の送信周期を無限大とし、取得要求の送信自体を停止する。
状態監視レベル3、4では、取得要求及び取得応答の送受信が抑制される。管理対象のすべての状態値に対して状態監視レベル4を設定すると、コントローラ9から取得要求は一切送信されなくなり、管理対象から状態変化情報のみが送信されることとなる。
通信パラメータ設定手段29は、機器通信条件設定手段27及び状態値取得周期設定手段28により設定された通信パラメータ(通信レベル、状態監視レベル)を保持する。
通信パラメータ変更手段26は、コントローラ9の処理性能に応じた通信パラメータを設定する。システム効率の最適化とシステムの安定性、応答性を維持するためには、コントローラ9が処理する通信量が、コントローラ9の処理性能が示す通信許容量よりも少なくなるようにする必要がある。通信パラメータ変更手段26では、コントローラ9の処理性能が予め設定されている。通信パラメータ変更手段26は、予め設定された処理性能に応じて、監視・制御対象となる管理対象の通信パラメータ(通信レベル、状態監視レベル)の調整を行う。
(条件2)管理対象の稼動状態(例えば、稼動する機器数)
(条件3)発電システム6の発電電力の状態
(条件4)蓄電システム7の蓄電電力量の状態
(条件5)停電等により電源系統3からの供給が受けられるか否か
(条件6)通信品質(応答時間、通信速度、無線通信における電波強度、パケットエラーレート)の状態
(条件7)居住者が操作した機器があるか否か
(条件8)居住者の生活パターン(在/不在、起床/就寝、家事/娯楽など)
(条件9)宅内からの操作か宅外(公衆回線経由)からの操作か(送信元のIPアドレス情報に基づいて、ローカルネットワークからの発信によるものか、宅内ネットワークからの発信によるものかを判別する)
なお、条件6乃至9については、状態監視レベルを以下のように変更することができる。
(条件6)通信品質の低い機器に対しては、再送等により通信量が増えることが想定される。このため、他の機器との通信への影響を避けるため、通信品質の低い機器の状態監視レベルを3又は4とし、その優先度を下げる。ただし、その機器の状態がシステム状態に大きな影響を与える場合は、データ再送等で通信量を増やして、監視を行うことが重要であるため、逆に、状態監視レベルを1にし通信可能となる割合を高める。
(条件7)居住者が操作した機器(コントローラからの自動制御で操作されていない機器)については、状態監視レベルを1に設定する。
(条件8)居住者が不在時は、全体的に状態監視レベルを3又は4に設定する。また、居住者が就寝中であれば、寝室のエアコン等の寝室に関係する機器の状態監視レベルを2に設定し、他の部屋又は他の機器に関する機器への状態監視レベルを3又は4に設定する。居住者が調理等の家事を行っている場合は、その家事との関係性が最も深い家電機器の状態監視レベルを1とし、その家事との関係性が低い機器に対しては、家事に関係する度合いに応じて状態監視レベル2乃至4に設定する。居住者が娯楽中であれば、家全体の機器の状態監視レベルを2乃至4に設定する。
(条件9)外部からのアクセスである場合、宅内に居住者がいない可能性があるので、外部操作に関連しない機器との通信に関しては、状態監視レベルを3又は4とする。
システム状態A乃至システム状態Eへ遷移するための遷移条件については、上記各条件を単独に定めてもよいし、条件1乃至条件9までを組み合わせて定めてもよい。以下では、遷移条件を、条件1乃至条件9までを組み合わせたものとした場合の動作について説明する。
システム状態Aは、制御応答の高速性が最も求められる状態である。システム状態Aでは、コントローラ9から各管理対象(特に機器5)への制御が頻繁に発生する。システム状態Aに遷移する遷移条件Aは、例えば、以下の(1)、(2)を満たすことである。
(1)停電により電源系統3からの電力の供給が停止していること。この場合には、発電システム6の発電電力と蓄電システム7の蓄電電力量によりシステム全体を動作させる必要がある。
(2)電力制限値(この場合、発電システムの発電電力と蓄電システムの供給可能電力の合計値)に対する各機器5の消費電力の合計が90%超となること
次に、システム状態Bについて説明する。
(1)停電により電源系統3から電力の供給が停止していること
(2)電力制限値(この場合、発電システムの発電電力と蓄電システムの放電可能電力の合計値)に対する機器5の消費電力合計が50%以下となること
次に、システム状態Cについて説明する。
(1)電源系統3からの電力が供給可能な状態であること
(2)節電目標として設定した電力制限値を超過しないこと
次に、システム状態Dについて説明する。
(2)さらに、発電システム6による発電電力を有効に利用するため発電電力の状態と蓄電システム7の蓄電容量の状態に応じて、機器5を制御する制御モードが設定されていること
発電システム6と蓄電システム7とがある程度連携して動作するシステムであれば、コントローラ9は、発電システム6の発電状態に応じて、蓄電システムの充放電をリアルタイムに制御する必要は無く、エネルギの消費を行う機器5の監視と制御を行えばよい。したがって、システム状態Dは、システム状態A乃至システム状態Cとは異なり、高い制御応答性を必要としない状態である。
次に、システム状態Eについて説明する。
システム状態A〜Eの通信シーケンスに追加可能な通信シーケンスについてさらに説明する。追加される通信シーケンスは、システム状態A〜システム状態Eの各状態に応じて前述した通信シーケンスと組み合わせて実行可能である。この通信シーケンスでは、システム状態が所定の条件を満たすと判定された場合に、各管理対象の状態を示す情報をその管理対象に要求する場合に、要求する情報の種別を絞りこむ。
Claims (12)
- 電力需要家における複数の管理対象と通信を行う通信部と、
前記通信部で受信された前記各管理対象の状態を示す情報に基づいて、前記複数の管理対象全体のシステム状態が所定の条件を満たすか否か判定する判定部と、
前記判定部で前記システム状態が前記所定の条件を満たすと判定された場合に、前記通信部における通信状態を、前記システム状態及び自機の処理性能に応じて調整する調整部と、
を備える管理装置。 - 前記通信部で受信する前記各管理対象の状態を示す情報に基づいて、前記各管理対象を制御するシステム制御部をさらに備える、
請求項1に記載の管理装置。 - 前記複数の管理対象には、電力を消費する機器と、電力を前記機器に供給する給電システムと、前記機器で消費される電力を計測する電力計測装置とが含まれ、
前記所定の条件には、電力に関する条件が含まれ、
前記調整部は、
前記判定部で、前記システム状態が、電力に関する条件を満たした場合に、前記電力計測装置の計測値の通信頻度と、前記機器の停止又は能力を抑制する制御指令の通信頻度との少なくとも一方が高くなるように、前記通信部における通信状態を調整する、
請求項1又は2に記載の管理装置。 - 前記電力に関する条件には、
電力制限値に対する消費電力の割合と、
前記給電システムによる電力の給電状態と、
停電中であるか否かと、の少なくとも一方が含まれる、
請求項3に記載の管理装置。 - 前記複数の管理対象には、電力を消費する機器と、電力を前記機器に供給する給電システムと、前記機器の消費電力を計測する電力計測装置とが含まれ、
前記所定の条件には、前記給電システムから供給される電力に基づいて前記機器を制御する制御モードが設定されていることが含まれ、
前記調整部は、
前記判定部で、前記制御モードが設定されていると判定された場合に、前記給電システムの供給電力に関する情報の送信頻度が高くなり、前記機器に対するポーリングの通信頻度が低くなるように、前記通信部における通信状態を調整する、
請求項1又は2に記載の管理装置。 - 前記所定の条件には、前記管理対象の台数が所定数以上であることが含まれ、
前記調整部は、
前記判定部で、稼働する前記管理対象の台数が所定数以上であると判定された場合に、前記各管理対象との通信頻度が低くなるように、前記通信部における通信状態を調整する、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の管理装置。 - 前記調整部は、
前記判定部で前記システム状態が前記所定の条件を満たすと判定された場合に、前記各管理対象の状態を示す情報をその管理対象に要求する場合に、要求する情報の種別を絞りこむ、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の管理装置。 - 前記調整部は、
前記各管理対象の通信の優先度と、前記各管理対象に対する前記通信部のポーリングの周期との少なくとも一方を変更することにより、前記通信部の通信状態を調整する、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の管理装置。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の管理装置と、
前記管理装置と通信を行う複数の管理対象と、
を備える管理システム。 - 前記複数の管理対象には、
発電システムと、蓄電システムと、電力を消費する機器と、所定の物理量を計測する計測手段との少なくとも1つが含まれる、
請求項9に記載の管理システム。 - 電力需要家における複数の管理対象と通信を行う通信部を有する管理装置を用いた管理方法であって、
前記管理装置が、前記通信部で受信された前記各管理対象の状態を示す情報に基づいて、前記複数の管理対象全体のシステム状態が所定の条件を満たすか否か判定する判定工程と、
前記判定工程で前記システム状態が前記所定の条件を満たすと判定された場合に、前記通信部における通信状態を、前記システム状態及び自機の処理性能に応じて調整する調整工程と、
を含む管理方法。 - コンピュータを、
電力需要家における複数の管理対象と通信を行う通信部、
前記通信部で受信された前記各管理対象の状態を示す情報に基づいて、前記複数の管理対象全体のシステム状態が所定の条件を満たすか否か判定する判定部、
前記判定部で前記システム状態が前記所定の条件を満たすと判定された場合に、前記通信部における通信状態を、前記システム状態及び自機の処理性能に応じて調整する調整部、
として機能させるプログラム。
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