JP5779014B2 - 電力需給制御装置、電力管理装置及び電力需給制御方法 - Google Patents
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Description
前記需要家に対して供給される電力の総和を表す供給量と、前記需要家がそれぞれ使用する電力を表す使用量と、前記需要家がそれぞれ調整可能な電力の範囲を示す予備力と、過去に前記需要家が第1調整量に達するまでに要した時間を含む応答実績とを記憶する記憶部と、前記応答実績に基づいて、前記予備力ごとに少なくとも前記予備力の最大に達するまでの応答速度を含む応答特性を推定する推定部と、前記供給量と、前記使用量の総和で与えられる需要量との需給アンバランスを解消させる目標値を算出する第1算出部と、新たに前記電力管理装置に対して指示する第2調整量を算出するものであって、前記第2調整量の総和が前記目標値に近づくように、かつ前記第2調整量が前記応答特性から制約される前記予備力の範囲内であるように、当該第2調整量を算出する第2算出部とを備える。
前記需要家が機器の運転に伴い調整可能な電力の範囲を示す予備力を記憶する記憶部と、前記需要家が使用する電力を表す使用量を検出する検出部と、前記電力需給制御装置に対して前記使用量及び前記予備力を送信する送信部とを備える。
前記推定部が、前記応答実績に基づいて、前記予備力ごとに少なくとも前記予備力の最大に達するまでの応答速度を含む応答特性を推定するステップと、前記第1算出部が、前記供給量と、前記使用量の総和で与えられる需要量との需給アンバランスを解消させる目標値を算出するステップと、前記第2算出部が、前記第2調整量の総和が前記目標値に近づくように、かつ前記第2調整量が前記応答特性から制約される前記予備力の範囲内であるように、前記第2調整量を算出するステップとを有する。
図1は電力制御システム100の概略を示す図である。本実施形態では、大きくは電力を使用する複数の需要家10からなるグループ20と、グループ20に属するそれぞれの需要家10に対して電力を供給する電力供給業者30とに分かれており、需要家10と電力供給業者30がインターネット網または電力網を含むネットワーク40を介して接続されている。
(電力管理装置の構成及び動作)
電力管理装置50は、電力情報収集部53、機器情報作成部54、機器制御部55、記憶部56を備えている。また、必要に応じてキーボード等の入力装置51、ディスプレイ等の出力装置52を備えている。
(電力需給制御装置の構成及び動作)
電力需給制御装置60は、応答特性推定部(推定部)61、計画・実績比較部(比較部)62、第1算出部63a及び第2算出部63bを含む需給最適化部63、各需要家10が備える電力管理装置50から送信される情報等を記憶する記憶部64を備えている。
図11は、需給最適化部63の動作を説明するフローチャートである。なお、以下の説明では需給最適化部63の処理は1分ごとに行うものとする。
Step 2 では、例えば需給アンバランス累積値F 次式のように平均化することで、時刻tn-sからtn-1までの傾向が今後も続くと仮定した際に、時刻tnにおいて不足または超過すると考えられる電力を目標値N(t) として算出する。
なお、目標値N(t) としては、上記に限らず、例えば過去の気象条件等の傾向から予測される電力需給量の予測モデルに基づいて算出されるものであってもよい。
式(1) の第一項は、目標値からの乖離によるコスト、第二項は、需要家ごとのDR配分量の不公平から生じるコストを表し、上記の式(2)乃至(5)の制約条件の下、コストの合計を最小化することを表している。
ここで、MAX(a,b) は、b≦aであればaを、a≦bであればbを返す演算とする。また、MIN(a,b) は、a≦bであればaを、b≦aであればbを返す演算とする。
また、機器(i,k)が、DR最大値M1、DR最小値M2 の予備力を有するDR 及び逆DR が可能な機器である場合、DR最大/最小値から導かれるxi,k(t)に関する制約式は、M2≦ xi,k(t)≦ M1 となる。またDRの際の応答速度がv1(kW/分)、逆DRの際の応答速度がv2(kW/分)である場合、直前の時刻のDR量と応答速度により計算されるxi,k(t) に関する制約式は、xi,k(t-1) - v2≦ xi,k(t)≦ xi,k(t-1) + v1 により表される。よってこの2式を合わせた次式が式(3) に相当する。
なお、上記の定式化は一例であり、機器11の予備力と目標値とに基づいて、応答特性から決まる予備力最大値及び予備力最小値の範囲内で、かつ目標値とDR量の合計との差をゼロにする方向に最適化するような定式化であればよい。また、上記の最適化問題における式(2)乃至式(5)以外の制約を設けてもよい。
以下、(数3)で与えられる最適化問題に対する解法の例を示す。
図12は、最適化問題の解法の例を示すフローチャートである。
ここで、図16に示す例を基に、図12のフローチャートの具体的な処理について説明する。なお、ここではk=1とし、2つの需要家がそれぞれ1つの機器11を備えているものとする。すなわち、需要家1 が機器(1,1)を、需要家2 が機器(2,1)をそれぞれ備えている。また、簡単化のために、機器11がDRを受けてからDR量に到達するまでの過渡状態にある機器11に関しては予備力としないものとする。
時刻t = 11 : 00には、需要家1 も需要家2 もDR 可能な予備力を有していないことからStep 2-1 において集合K は空集合となる。したがって、Step 3 や分岐B3 では該当する機器がないため、t = 11 : 00 の処理は終了する。
時刻t = 11 : 01 には、機器(1,1)の応答時間が1 分であることから、Step 2-1ではN = 150、 K ={機器(1,1)}となる。
時刻t = 11 : 16 には、機器(1,1)の応答時間が1 分、機器(2,1)の応答時間が16分であることから、Step 2-1 では、N = 150、 K ={機器(1,1)、機器(2,1)}となる。
時刻t = 11 : 26 には、Step 2-1 では11:25 までと同様に、N = 150、 K ={機器(1,1)、 機器(2,1)}となり、Step 3 では11:25 までと同様に、m1,1(11 : 26) = 0、 M1,1(11 :26) = 100、 m2,1(11 : 26) = 0、 M2,1(11 : 26) = 200となる。
次に、予備力に実施コストがあり、需要家ごとに異なる場合の解法の例について述べる。この場合には、図13に示すフローチャートで解くことが可能である。
ここで、ci(t) は時刻t の需要家i のDR量1(kW) あたりのコストである。Step 3 とStep 4 のYi の更新において、加算量にci(t) の重み付けをする点で、図12のフローチャートとは異なる。
ここで、図13のフローチャートの具体的な処理について、実施例1の処理との違いを中心に説明する。なお、ここでは需要家1 の予備力の1(kW) あたりのコストは常に1.5 とし、需要家2 の予備力の1(kW) あたりのコストは常に1.0 であるとする。
(変形例1)
図14は、第一の実施形態に係る電力制御システム100の第一の変形例を示す構成図である。
したがって、上記の2式を合わせたものが、前述の最適化問題における式(3)の制約式に相当するものと考えることができる。
以下、蓄電装置13がある場合の解法の例について述べる。この場合には、図15に示すフローチャートで解くことが可能である。
ここで、図15のフローチャートの具体的な処理について、実施例1の処理との違いを中心に説明する。なお、ここでは蓄電装置は1 個だけあるとし、容量は1000(kW・分) であり、11:00 の時点で1000(kW・分) 充電されているとする。また、応答速度は充分に大きいものとする。
図17は、第一の実施形態に係る電力制御システム100の第二の変形例を示す構成図である。本変形例に係る電力制御システム100の電力需給制御装置60は、図2の構成に加え、インセンティブ算出部66を備えている。なお、第一の実施形態の電力制御システムと同様の構成については、共通の符号を付すことでその詳細な説明は省略する。
次に、Step 2 では、所定の期間(例えば1時間)に、需要家i が備える機器に対して与えられたDR量の合計(以下、目標値)Si(t) 及び実際の調整量の合計(以下、実績値)Ri(t)を用いて、需要家i が上記期間内に、DRに従った度合いdi(t) を算出する。具体的には、例えば次式のように算出する。
そして、Step 3 では、次式で与えられるEi の大きさに応じて、各需要家にインセンティブを配分する。なお、di(t) は最大値を1.0とし、上式の右辺の分母の値が1未満の場合には、di(t) =1.0とする。
なお、上記のインセンティブの算出は一例であり、インセンティブ算出部66は各需要家が要請に従った度合い、すなわち目標値と実績値との乖離に基づいてインセンティブを算出するものであればよい。また、このインセンティブ算出部66の機能はリアルタイムに呼び出されても構わないし、一日ごと等の一定期間ごとに呼び出されても構わない。
ここで、図18のフローチャートの具体的な処理について、図19の例を用いて説明する。
(第二の実施形態)
図20は、第二の実施形態に係る電力制御システム200の構成を示す図である。
11・・・機器
12・・・発電装置
13・・・蓄電装置
20・・・グループ
30・・・電力供給業者
40・・・ネットワーク
50、70・・・電力管理装置
51、71・・・入力装置
52、72・・・出力装置
53、73・・・電力情報収集部
54、74・・・機器情報作成部
55、75・・・機器制御部
56、76・・・記憶部(需要家)
57、77・・・送受信部(需要家)
58、78・・・検出部
60、80・・・電力需給制御装置
61、81・・・応答特性推定部
62、82・・・計画・実績比較部
63、83・・・需給最適化部
63a、83a・・・第1算出部
63b、83b・・・第2算出部
64、84・・・記憶部(電力供給業者)
65、85・・・送受信部(電力供給業者)
66・・・インセンティブ算出部
100、200・・・電力制御システム
Claims (10)
- 電力を使用する複数の需要家のそれぞれが有する電力管理装置との間でデータの送受信が可能であり、前記電力管理装置に対して電力の調整量を指示する電力需給制御装置であって、
前記需要家に対して供給される電力の総和を表す供給量と、前記需要家がそれぞれ使用する電力を表す使用量と、前記需要家がそれぞれ調整可能な電力の範囲を示す予備力と、
過去に前記需要家が第1調整量に達するまでに要した時間を含む応答実績とを記憶する記憶部と、
前記応答実績に基づいて、前記予備力ごとに少なくとも前記予備力の最大に達するまでの応答速度を含む応答特性を推定する推定部と、
前記供給量と、前記使用量の総和で与えられる需要量との需給アンバランスを解消させる目標値を算出する第1算出部と、
新たに前記電力管理装置に対して指示する第2調整量を算出するものであって、
前記第2調整量の総和が前記目標値に近づくように、かつ前記第2調整量が前記応答特性から制約される前記予備力の範囲内であるように、当該第2調整量を算出する第2算出部と、
を備える電力需給制御装置。 - 前記電力管理装置に対して前記第2算出部が算出する前記第2調整量を送信する送信部をさらに備える請求項1に記載の電力需給制御装置。
- 各需要家はそれぞれ複数の機器を有するものであって、
前記記憶部は、前記需要家が前記機器の運転に伴い調整可能な電力の範囲を示す前記機器ごとの予備力を記憶し、
前記第2算出部は、前記機器に対して割り当てる前記第2調整量を算出する請求項1または2に記載の電力需給制御装置。 - 前記第1及び第2調整量は、電力の使用量の調整量、発電量の調整量、充放電量の調整量を含む請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電力需給制御装置。
- 前記第1調整量と、前記需要家が実際に電力を調整した量との乖離に基づいて、前記需要家に対して還元するインセンティブを算出するインセンティブ算出部をさらに備える請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電力需給制御装置。
- 電力を使用する複数の需要家のそれぞれが有する電力管理装置との間でデータの送受信が可能な電力需給制御装置であって、
前記需要家に対して供給される電力の総和を表す供給量と、前記需要家がそれぞれ使用する電力を表す使用量と、前記需要家がそれぞれ調整可能な電力の範囲を示す予備力と、
前記予備力ごとに少なくとも前記予備力の最大に達するまでの応答速度を含む応答特性とを記憶する記憶部と、
前記供給量と、前記使用量の総和で与えられる需要量との需給アンバランスを解消させる目標値を算出する第1算出部と、
前記電力管理装置に対して指示する電力の調整量を算出するものであって、
前記調整量の総和が前記目標値に近づくように、かつ前記調整量が前記応答特性から制約される前記予備力の範囲内であるように、当該調整量を算出する第2算出部と、
前記電力管理装置に対して前記第2算出部が算出する前記調整量を送信する送信部と、
を備える電力需給制御装置。 - 電力を使用する複数の需要家のそれぞれが有する電力管理装置との間でデータの送受信が可能な電力需給制御装置であって、
前記需要家に対して供給される電力の総和を表す供給量と、前記需要家がそれぞれ使用する電力を表す使用量の総和で与えられる需要量との需給アンバランスを解消させる目標値を算出する第1算出部と、
前記電力管理装置に対して指示する電力の調整量の総和が前記目標値に近づくように、かつ前記調整量が、前記需要家がそれぞれ調整可能な電力の範囲を示す予備力ごとに、少なくとも前記予備力の最大に達するまでの応答速度を含む応答特性から制約される前記予備力の範囲内であるように、当該調整量を算出する第2算出部と、
前記電力管理装置に対して前記第2算出部が算出する前記調整量を送信する送信部と、
を備える電力需給制御装置。 - 電力を使用する需要家が有し、電力需給制御装置との間でデータの送受信が可能で、前記電力需給制御装置から電力の第1調整量を指示される電力管理装置であって、
前記需要家が使用する電力を表す使用量を検出する検出部と、
過去に前記需要家が第2調整量に達するまでに要した時間を含む応答実績に基づいて、少なくとも前記需要家が機器の運転に伴い調整可能な電力の範囲を示す予備力の最大に達するまでの応答速度を含む応答特性を推定する推定部と、
前記機器の運転を制御し、前記第1調整量に近づける方向に電力を調整する制御部と、
前記電力需給制御装置に対して前記使用量及び前記応答特性を送信する送信部と、
を備える電力管理装置。 - 電力を使用する需要家が有し、電力需給制御装置との間でデータの送受信が可能で、前記電力需給制御装置から電力の調整量を指示される電力管理装置であって、
電力の第1調整量と、前記需要家が機器の運転に伴い調整可能な電力の範囲を示す予備力と、過去に前記需要家が第2調整量に達するまでに要した時間を含む応答実績とを記憶する記憶部と、
前記需要家が使用する電力を表す使用量を検出する検出部と、
前記応答実績に基づいて、少なくとも前記予備力の最大に達するまでの応答速度を含む応答特性を推定する推定部と、
前記機器の運転を制御し、前記第1調整量に近づける方向に電力を調整する制御部と、
前記電力需給制御装置に対して前記使用量及び前記応答特性を送信する送信部と、
を備える電力管理装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力需給制御装置における電力需給制御方法であって、
前記推定部が、前記応答実績に基づいて、前記予備力ごとに少なくとも前記予備力の最大に達するまでの応答速度を含む応答特性を推定するステップと、
前記第1算出部が、前記供給量と、前記使用量の総和で与えられる需要量との需給アンバランスを解消させる目標値を算出するステップと、
前記第2算出部が、前記第2調整量の総和が前記目標値に近づくように、かつ前記第2調整量が前記応答特性から制約される前記予備力の範囲内であるように、前記第2調整量を算出するステップと、
を有する電力需給制御方法。
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