JP6216377B2 - 電力調整装置、電力調整方法、電力調整システム、蓄電装置、サーバ、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力系統から受電した電力と蓄電設備の電力とを選択して需要家における電気負荷に供給する電力調整装置、電力調整方法、電力調整システム、蓄電装置、サーバ、プログラムに関する。

一般に、需要家（facility）において電気負荷に供給する電力は、電力系統から受電した電力が用いられているが、近年では、需要家に設けられた蓄電設備の電力も併用することが提案されている。

たとえば、電動車両に搭載されたバッテリ（蓄電池）と充放電コントローラとを用い、家庭内電力需要予測、電動車両の利用計画などに基づいて、充放電計画を作成する技術が提案されている（文献１：ＪＰ２０１２−１９１７３６Ａ）。文献１に記載された技術では、太陽光発電装置が併用されている。充放電計画の作成には、電力需要の予測値と、太陽光発電装置の発電量の予測値と、電動車両の利用計画とが用いられている。

充放電計画は、深夜に深夜電力でバッテリを充電し、早朝にバッテリから電力を供給し、太陽光発電装置の発電量が増加するとバッテリから放電する電力を小さくするように作成されている。さらに、充放電計画は、電動車両が不在である場合はバッテリの充電が行われず、夕方に電動車両が接続されると電気負荷（負荷）の需要の増加に伴ってバッテリから放電するように作成されている。

また、建物で使用するための電力を蓄電する蓄電池と電力供給制御手段とを用いて、経済的な電力を建物に供給するように、蓄電池の充放電を制御する技術が提案されている（たとえば、文献２：ＪＰ特開２０１０−２３３３６２Ａ）。文献２に記載された技術では、太陽光発電装置が併用されている。文献２では、経済的な電力を建物に供給するために、蓄電池の充放電のスケジュールが作成されている。

蓄電池の充放電のスケジュールは、分電盤から供給する電力量、太陽光発電装置が発電する電力量、太陽光発電装置あるいは蓄電装置から電力会社に供給する電力量などを予測し、予測に基づいてもっとも経済的になるように作成される。また、経済性を考慮するために、電力の購入単価と電力の売却単価との情報を取得し、これらの情報を考慮して充放電のスケジュールを作成することが記載されている。

文献１、２に記載された技術では、蓄電池の充放電のスケジュールが１日を単位として作成されている。すなわち、１日という固定された期間において蓄電池の充電および放電の制御がなされている。すなわち、電力系統から受電する電力量あるいは電力系統から受電する電力量に対する対価を低減させるという目的を、１日という固定された期間について達成する構成が採用されている。

一方、電気負荷で消費する電力量が日毎に大きく変動する場合、またはデマンドレスポンスにより電力系統から受電する電力量を特定の期間に低減させることが要求される場合などには、１日を単位とするスケジュールでは目的を十分に達成できない場合がある。

本発明は、電力系統から受電する電力量と電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化するために、蓄電設備の充電あるいは放電の制御を適正化する電力調整装置、電力調整方法、電力調整システム、蓄電装置、サーバ、プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る電力調整装置は、電力系統から受電した電力と蓄電設備の電力とを需要家における電気負荷に供給する電力調整装置であって、前記蓄電設備の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ前記計画期間において前記電気負荷で消費する電力である需要電力の予測値を求める予測部と、前記需要電力の前記予測値に応じて、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれか１つを最小化するという条件下で、前記計画期間における前記蓄電設備の充電と放電との制御内容を決定する計画部と、前記制御内容に従って前記蓄電設備を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る電力調整方法は、電力系統から受電した電力と蓄電設備の電力とを需要家における電気負荷に供給する電力調整方法であって、前記蓄電設備の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ前記計画期間において前記電気負荷で消費する電力である需要電力の予測値を予測部が求め、前記需要電力の前記予測値に応じて、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれか１つを最小化するという条件下で、前記計画期間における前記蓄電設備の充電と放電との制御内容を計画部が決定し、前記制御内容に従って前記蓄電設備を制御部が制御することを特徴とする。

本発明に係る電力調整システムは、上述した電力調整装置と、前記蓄電設備とを備えることを特徴とする。

本発明に係る蓄電装置は、上述した電力調整装置と、前記蓄電設備と、前記電力調整装置および前記蓄電設備を収納する筐体とを備えることを特徴とする。

本発明に係るサーバは、電力系統から受電した電力と蓄電設備の電力とを需要家における電気負荷に供給するように前記蓄電設備を制御する制御装置と通信可能であって、前記蓄電設備の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ前記計画期間において前記電気負荷で消費する電力である需要電力の予測値を求める予測部と、前記需要電力の前記予測値に応じて、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれか１つを最小化するという条件下で、前記計画期間における前記蓄電設備の充電と放電との制御内容を決定する計画部と、前記蓄電設備を前記制御内容に従って動作させるように前記制御内容を前記制御装置に通知する通信部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上述した電力調整装置として機能させるものである。

実施形態１〜３を示すブロック図である。 実施形態１の動作説明図である。 実施形態１における買電および売電の単価の推移を示す図である。 実施形態２の動作説明図である。 実施形態３の動作説明図である。 実施形態１〜３の他の構成例を示すブロック図である。 実施形態１〜３のさらに他の構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、以下に説明する電力調整装置１０は、電力系統３０から受電した電力と蓄電設備（蓄電池３３）の電力とを需要家（facility）１における電気負荷２に供給する機能を有する。電力調整装置１０は、予測部１３１と計画部１３２と制御部１１とを備える。予測部１３１は、蓄電設備（蓄電池３３）の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ計画期間において電気負荷２で消費する電力である需要電力の予測値を求める。計画部１３２は、需要電力の予測値に応じて、特定の条件下で、計画期間における蓄電設備（蓄電池３３）の充電と放電との制御内容を決定する。ここで、特定の条件は、電力系統３０から受電する電力量と電力系統３０から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれか１つを最小化するという条件である。制御部１１は、制御内容に従って蓄電設備（パワーコンディショナ３１）を制御する。

電力系統３０から受電する電力量に対する対価として複数段階の単価のうちの１つが期間ごとに設定されている場合に、計画期間は、単価が最安である期間の開始時に開始されることが望ましい。また、計画期間は、単価が異なる２つ以上の期間を含むように設定されることが望ましい。

需要家１に太陽光発電設備（太陽電池３２）が設置されていてもよい。この場合、予測部１３１は、計画期間における太陽光発電設備（太陽電池３２）が発電した電力である発電電力の予測値を求める。計画期間は、発電電力の予測値が所定の閾値を上回る期間と、発電電力の予測値が閾値を下回る期間とを含むように設定される。

また、需要家１に太陽光発電設備（太陽電池３２）が設置されている場合、蓄電設備（蓄電池３３）は、太陽光発電設備（太陽電池３２）が発電した電力である発電電力から需要電力を差し引いた余剰電力による充電が可能であってもよい。この場合、予測部１３１は、計画期間における発電電力の予測値を求め、発電電力の予測値と需要電力の予測値とから余剰電力の予測値を求める。計画期間は、余剰電力の予測値によって蓄電設備（蓄電池３３）の充電が可能である期間と、余剰電力の予測値では蓄電設備（蓄電池３３）を充電できない期間とを含むように設定される。

電力調整装置１０は、検証部１３３をさらに備えていてもよい。検証部１３３は、予測部１３１が求めた予測値の予測誤差を見積もる。この場合、予測部１３１は、予測誤差から想定される最悪の条件を用いて計画期間を定めることが望ましい。

また、予測部１３１は、一部の期間が重複する複数の計画期間を定め、複数の計画期間の各々について予測値を求めることが望ましい。

この電力調整装置において、計画期間は、単位期間である計算時間間隔の複数倍の期間として設定され、計画部１３２は、計算時間間隔ごとに蓄電設備（蓄電池３３）の充電または放電を行うように制御内容を決定することが望ましい。

以下に説明する電力調整方法は、電力系統３０から受電した電力と蓄電設備（蓄電池３３）の電力とを需要家１における電気負荷２に供給する方法である。この電力調整方法は、蓄電設備（蓄電池３３）の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ計画期間において電気負荷２で消費する電力である需要電力の予測値を予測部１３１が求める。さらに、需要電力の予測値に応じて、上記特定の条件下で、計画期間における蓄電設備（蓄電池３３）の充電と放電との制御内容を計画部１３２が決定する。さらに、制御内容に従って蓄電設備（パワーコンディショナ３１）を制御部１１が制御する。

以下に説明する実施形態１〜３には、太陽光発電設備を記載しているが、実施形態１〜３において説明する構成例では、太陽光発電設備は省略してもよい。つまり、実施形態１〜３において説明する技術は、蓄電設備のみを備えている需要家であっても適用可能である。

（実施形態１）
以下、実施形態について詳述する。図１に示すように、需要家１は、電力系統３０から受電する分電盤２０を備える。分電盤２０の１次側には、パワーコンディショナ３１が接続される。分電盤２０の２次側には、電気負荷２が接続される。分電盤２０は、漏電ブレーカである主幹ブレーカ（図示せず）と、主幹ブレーカを通る主幹回路を複数の分岐回路に分岐させる複数個の分岐ブレーカ（図示せず）とを内蔵する。分電盤２０の１次側は主幹ブレーカが電力系統３０から受電する電路を意味し、分電盤２０の２次側は分岐ブレーカで分岐された電路を意味する。なお、図１において、実線は電力用の配線を示し、破線は信号または情報の経路を示す。

パワーコンディショナ３１には、太陽電池３２と蓄電池３３とが接続される。太陽電池３２とパワーコンディショナ３１とにより太陽光発電設備が構成され、蓄電池３３とパワーコンディショナ３１とにより蓄電設備が構成される。

すなわち、パワーコンディショナ３１は、太陽電池３２から出力される直流電圧を交流電圧に変換する機能と、蓄電池３３の充電および放電を行う機能とを有する。したがって、パワーコンディショナ３１は、太陽電池３２から出力される直流電圧および蓄電池３３から出力される直流電圧を、電力系統３０から受電する交流電圧と等価な交流電圧に変換する。

また、蓄電池３３は、電力系統３０から供給される電力と、太陽電池３２から供給される電力との少なくとも一方により充電される。パワーコンディショナ３１は、太陽電池３２から出力される直流電圧で蓄電池３３を充電する構成を採用可能である。パワーコンディショナ３１は、太陽電池３２から出力された直流電圧を交流電圧に変換した後、さらに交流電圧から直流電圧に変換を行って蓄電池３３を充電する構成を採用してもよい。また、パワーコンディショナ３１は、電力系統３０から受電した交流電圧を直流電圧に変換して蓄電池３３を充電する機能も有する。

太陽光発電設備および蓄電設備は、電力調整装置１０と組み合わせることにより電力調整システムを構成する。すなわち、電力調整システムは、電力調整装置１０と、蓄電設備（パワーコンディショナ３１および蓄電池３３）とを備えている。ここでは、電力調整システムはさらに太陽電池３２を備えている。ただし、上述したように、太陽電池３２は省略可能である。

電力調整装置１０は、プログラムに従って動作するプロセッサを備えるデバイスを主なハードウェア要素として備える。つまりプログラムは、コンピュータを電力調整装置１０として機能させる。この種のデバイスは、メモリをプロセッサと一体に備えるマイコン、あるいはメモリが別に必要なプロセッサなどが用いられる。プログラムは、プロセッサとともにハードウェアとして実装されたＲＯＭ（Read Only Memory）に書き込まれる。あるいはまた、プログラムは、インターネットのような電気通信回線を通して取得するか、コンピュータで読取可能な記録媒体（プログラムを記録した記録媒体）から読み込んでもよい。

ところで、電力調整装置１０は、後述するように定められる計画期間において、電力系統３０からの受電（買電）に対して支払う対価を最小化するために、蓄電池３３の充電あるいは放電を行う期間と電力とを調節する。したがって、電力調整装置１０は、蓄電池３３の充電および放電を行うパワーコンディショナ３１を制御する制御部１１を備える。制御部１１によるパワーコンディショナ３１の制御内容については後述する。

蓄電池３３（蓄電設備）の充電および放電を制御するための条件は、計画期間における買電および売電の際の単価（１ｋＷｈ当たりの対価）を含む。計画期間は、当該計画期間において買電および売電の単価が変動するように設定される。また、計画期間は、単位期間である計算時間間隔の整数倍の期間として設定されている。すなわち、図２に示すように、計画期間Ｔｐの長さは、複数個（たとえば、６個）の計算時間間隔Ｔｃを含む。蓄電池３３は、計算時間間隔Ｔｃごとに充電と放電との一方を選択的に行う。

一例として、図３に、１日のうち１２：００〜１６：００における買電の単価（実線）が６０円／ｋＷｈであって、他の時間帯における買電の単価が２０円／ｋＷｈである場合を示す。また、売電の単価（破線）は買電の単価に連動しており、１日のうち１２：００〜１６：００における売電の単価が５６円／ｋＷｈであって、他の時間帯における売電の単価が１６円／ｋＷｈである。この例では、２１：００〜翌２１：００の期間は、単価が異なる２つの期間を含むから計画期間Ｔｐに設定することが可能であるが、１８：００〜翌１０：００の期間は、単価が変化しないから計画期間に設定することはできない。

上述した例のように、買電および売電の単価は、日時によって変動するから、日時に応じた単価に関する情報（以下、買電および売電の単価の情報を「価格情報」という）を取得する必要がある。また、蓄電設備を制御する条件は、太陽電池３２（太陽光発電設備）が発電する電力（発電電力）、電気負荷２が消費する電力（需要電力）の情報を含む。太陽光発電設備の発電電力は、日照に依存しているから、発電電力の予測には少なくとも天気予報の情報が用いられる。

なお、本実施形態では、売電の単価を含める計算については説明しない。この計算は、買電による損失と売電による収益とを考慮し、最も大きな利益（＝収益−損失）が得られるように、蓄電池３３の充電および放電の制御内容が定められる。計算の方法自体は周知の方法を採用すればよい。

電力調整装置１０は、蓄電設備の充電および放電を制御するための上述した条件を記憶する記憶部１２を備える。記憶部１２は、計画期間よりも前の時点において、当該時点よりも前の期間における発電電力および需要電力の実績（履歴）の情報を記憶し、さらに、計画期間における価格情報、計画期間における天気予報の情報などを記憶する。なお、価格情報、天気予報の情報は、必要になるタイミングで取得してもよい。発電電力および需要電力の実績の情報は、一定の単位時間（たとえば、１０分、３０分、１時間などから選択される）ごとの電力量と日時とを対応付けた情報である。つまり、ここでは発電電力および需要電力は瞬時電力だけでなく単位時間当たりの電力量のことを意味することもある。また、発電電力および需要電力の実績の情報は、天候、気温などを含む過去の天気の情報（天気予報の情報）と関連付けられる。記憶部１２に格納される情報の一例を表１に示す。

電力調整装置１０は計算部１３を備える。計算部１３は、計画期間における需要電力および発電電力を予測する予測部１３１と、計画期間における蓄電池３３の充電および放電の制御内容を定める計画部１３２とを備える。

予測部１３１は、計画期間における需要電力を予測するために、記憶部１２に記憶された需要電力の実績の情報を用いる。また、予測部１３１は、計画期間における発電電力を予測するために、計画期間における天気予報の情報、および記憶部１２に記憶された発電電力の実績の情報を用いる。すなわち、予測部１３１は、需要電力の実績から計画期間における需要電力を予測し、さらに、天気予報の情報および発電電力の実績により計画期間における発電電力を予測する。天気予報の情報は、たとえば、インターネットのような電気通信回線を通して外部装置（サーバ）から取得すればよい。

ここに、計画期間における需要電力は、条件（季節、時間帯、天候、気温など）が計画期間と類似した期間が過去の実績から抽出され、抽出された期間における需要電力の実績が、計画期間における需要電力と推定される。条件は、完全に一致する必要はなく、条件が類似範囲と評価される場合に、該当する需要電力が予測結果に用いられる。条件が類似範囲である期間は、複数得られる可能性がある。複数の期間が得られる場合には、需要電力の変化パターンが平均化され（たとえば、時刻毎の平均値あるいは中央値が当該時刻の値に用いられる）、得られた需要電力の変化パターンが計画期間の需要電力と予測される。

計画期間における発電電力については、少なくとも天気予報の情報を含む条件が計画期間と類似した期間が過去の実績から抽出され、抽出された期間における発電電力の実績が、計画期間における発電電力と推定される。ここで、需要電力の場合と同様に、条件は、完全に一致する必要はなく、条件が類似範囲と評価される場合に、該当する発電電力が予測結果に用いられる。

需要電力の予測を行う方法の一例として、クラスタに分類する手法を用いてもよい。この方法を採用する場合、予測部１３１は、計画期間と同じ時間帯である過去の実績（変化パターン）について、類似度を評価することによりクラスタに分類する。分類されたクラスタは、複数日分の情報を含む可能性がある。複数日分の情報を含む場合は、上述のように、需要電力の変化パターンが平均化され、平均化された需要電力の変化パターンが計画期間の需要電力と予測される。

計画部１３２は、予測部１３１が予測した需要電力および発電電力と価格情報とを用いて、計画期間における蓄電池３３の充電および放電の計画を作成する。つまり、計画期間における蓄電池３３の充電および放電の制御内容を決定する。計画部１３２が作成する制御内容は、電力系統３０から受電する電力量あるいは電力系統３０から受電する電力量に対して支払う対価、または二酸化炭素の排出量を最小にするという制約条件の下で決定される。以下では、対価を最小化する場合を例示する。

すなわち、計画期間における蓄電池３３の充電および放電の制御内容は、電力系統３０から受電した電力量に対する対価を最小化するという条件下で定められる。したがって、買電の単価が複数段階に設定されている場合、買電の単価が最大である期間に蓄電池３３から放電することにより電力系統３０から受電する電力量を低減させることが望ましい。また、買電の単価が最大である期間に蓄電池３３からの放電が可能になるように、他の期間に蓄電池３３を充電しておくことが望ましい。

蓄電池３３の充電および放電が上述のように行われるには、計画期間の開始時点は、買電の単価が最安である期間の開始から所定時間内に設定されることが望ましい。つまり、計画期間において、買電の単価が最大になる期間が次に開始されるまでに、蓄電池３３を充電する時間を確保するのである。一方、計画期間の終了時点は、買電の単価が最大である期間の終了時点に定められる。

上述した目的（対価の最小化という目的）では、計画期間は、買電の単価が最安である期間が開始する時点を開始時刻とすることがもっとも望ましい。たとえば、上述のように、買電の単価が２段階に設定されている場合であって、買電の単価が高い期間が、１２：００〜１６：００であるとすれば、計画期間の開始時刻は１６：００になる。このルールは、買電の価格が２段階に設定されている場合だけではなく、３段階以上の場合でも適用可能である。

計画期間の開始時刻を買電の単価が最安である期間が開始する時点とすると、計画期間には、買電の単価が比較的低い期間が含まれ、しかも次に買電の単価が最大になるまでの期間を比較的長くとることが可能である。そのため、次に買電の単価が最大になるまでの期間に、蓄電設備（蓄電池３３）の充電を行うことができる。言い換えると、買電の単価が上昇を開始するまでに蓄電池３３の充電が可能になり、買電の単価が上昇する期間には、蓄電池３３からの放電によって、電力系統３０から受電する電力量を低減させることが可能になる。すなわち、需要家にとって電気料金の低減に寄与する。

計算部１３が蓄電池３３の充電および放電の制御内容を決定すると、電力調整装置１０に設けられた制御部１１は、制御内容に従って蓄電池３３の充電および放電が行われるように、パワーコンディショナ３１を制御する。

電力系統３０から受電する電力のみで蓄電池３３を充電する場合、計画期間は、価格情報にのみ依存するから、価格情報に周期性がある場合、計画期間も一定周期で設定することが可能である。ただし、価格情報に周期性がない場合には、計画期間は価格情報の変化に応じて適宜に設定される。すなわち、買電の単価には、上限値と下限値とがあると考えられるから、買電の単価が上限値付近である期間が終了した後、次に買電の単価が上限値付近になると予測される期間が開始されるまでの期間が、計画期間として設定される。

以上説明したように、計画期間の長さは、一定ではなく、価格情報に応じて調節されるから、蓄電池３３が放電する期間に必要になることが予測される電力を、当該期間が開始されるまでに蓄電池３３に充電しておくことが可能になる。

つまり、後述するように、計画期間が２日間にまたがっていても、計画期間における蓄電池３３の充電および放電の制御を設定することが可能になる。そのため、蓄電池３３の充電および放電の制御を計画する期間が固定的に設定されている場合よりも、充電および放電の電力を適正化することが可能になる。その結果、電力系統３０から受電する電力量あるいは電力系統３０から受電する電力量に対する対価、または二酸化炭素の排出量を最小化するという目的の達成が容易になる。

要するに、本実施形態の構成によれば、予測部１３１は、蓄電設備（蓄電池３３）の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ前記計画期間において電気負荷２で消費する電力である需要電力の予測値を求める。さらに、本実施形態の電力調整装置１０は、計画期間における蓄電設備（蓄電池３３）の充電と放電との制御内容を決定する。したがって、電力系統３０から受電する電力量と電力系統３０から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれかを最小化するために、蓄電設備（蓄電池３３）の充電あるいは放電の制御を行う計画期間を適正に設定することが可能になる。

さらに、蓄電池３３の充電および放電が１日単位で制御される場合に比較すると、蓄電池３３の充電および放電の頻度が低減される可能性があり、蓄電池３３の劣化を抑制できる可能性がある。

（実施形態２）
実施形態１は、電力系統３０から受電する電力量に対する対価（買電の単価）のみに基づいて計画期間を設定している。本実施形態では、計画期間が、買電の単価だけではなく、太陽光発電設備（太陽電池３２およびパワーコンディショナ３１）から電力系統３０への逆潮流を行うことに対する対価（売電の単価）と、太陽光発電設備による発電電力とを考慮して設定される。

本実施形態では、蓄電池３３は、電力系統３０から受電した電力だけではなく、太陽電池３２が発電した電力によっても充電される。つまり、買電の単価が売電の単価よりも高く、太陽光発電設備から電力系統３０に逆潮流を行っても需要家１に利益が生じない場合は、太陽光発電設備の発電電力を、電気負荷２に供給するか蓄電池３３の充電に用いる。この場合、発電電力は、直接または間接に電気負荷２に供給され、結果的に、電力系統３０から受電する電力量が低減される。

このように太陽光発電設備の発電電力を電気負荷２の需要電力に充当する場合、計画期間は、図４のように、発電電力が多い時間帯と少ない時間とを含むように設定される。つまり、予測部１３１による発電電力の予測値が所定の閾値（たとえば２０ｋＷｈ）を上回る期間と、予測部１３１による発電電力の予測値が閾値を下回る期間とを含むように計画期間が設定される。ここで、予測部１３１による発電電力の予測値が閾値を上回る期間（以下、「第１の期間」ともいう）にあっては、予測部１３１による発電電力の予測値で蓄電池３３の充電が可能となるように、閾値が設定される。また、予測部１３１による発電電力の予測値が閾値を下回る期間（以下、「第２の期間」ともいう）にあっては、予測部１３１による発電電力の予測値では需要電力を充足できないように、閾値が設定される。

なお、閾値はある程度の幅を持って設定されてもよく、所定の下限値（たとえば１５ｋＷｈ）と上限値（たとえば２５ｋＷｈ）との間を閾値としてもよい。この場合、計画期間は、予測部１３１による発電電力の予測値が閾値の上限値を上回る期間（第１の期間）と、予測部１３１による発電電力の予測値が閾値の下限値を下回る期間（第２の期間）とを含むように設定される。

図示例は、需要電力（実線）と発電電力（一点鎖線）との３日分の推移を示している。計画期間は、発電電力が多い日と少ない日とにまたがるように設定され、かつ発電電力が多く発電電力で蓄電池３３を充電可能である日が、発電電力が少なく発電電力では需要電力を充足できない日に先行するように設定される。つまり、計画期間は、第１の期間が第２の期間よりも先にくるように設定される。

これは、発電電力が多い日（期間）において蓄電池３３の充電を行い、発電電力が少ない日（期間）には売電を行わずに、蓄電池３３に充電された電力とともに、電気負荷２に供給するためである。上述の制御によって、計画期間において、時間帯による太陽電池３２の発電電力の差を蓄電池３３の充電および放電によって平準化することが可能になり、結果的に、電力系統３０から受電する電力量が削減される。つまり、計算部１３は、蓄電池３３の充電および放電の制御内容を発電電力に応じて調節するから、電力系統３０から受電する電力量の削減に寄与する。

ところで、発電電力のうち蓄電池３３の充電に用いる電力は、一般的には、発電電力から需要電力を差し引いた余剰電力以下になる。このような制限条件がある場合には、上述のように、発電電力のみを考慮して計画期間を設定しても、蓄電池３３に充電する電力量を確保することができない可能性がある。

そのため、発電電力から需要電力を差し引いた余剰電力に基づいて計画期間を設定することがより望ましい。すなわち、計算部１３は、余剰電力が大きい期間と余剰電力が小さい期間とを含むように計画期間を設定する。詳細には、予測部１３１は、余剰電力が大きい期間と余剰電力が小さい期間とを計画期間に含むように、蓄電設備（蓄電池３３）の充電および放電を行う期間を計画期間に定める。すなわち、予測部１３１による余剰電力の予測値で蓄電池３３の充電が可能な期間と、予測部１３１による余剰電力の予測値では蓄電池３３を充電できない期間とを含むように計画期間が設定される。ここで、予測部１３１による余剰電力の予測値では蓄電池３３を充電できない期間は、予測部１３１による発電電力の予測値が需要電力の予測値に対して不足する期間、つまり余剰電力が発生しない期間を含む。

したがって、計算部１３は、余剰電力が大きい期間に蓄電池３３を充電し、余剰電力が小さい期間に蓄電池３３から放電するように制御内容を決定する。計画期間は、余剰電力で蓄電池３３を充電可能な期間が、余剰電力では蓄電池３３を充電できない期間に先行するように定められる。

上述のように、余剰電力に着目して蓄電池３３の充電および放電の制御内容を決定することにより、蓄電池３３に充電する電力を確保することが可能になる。結果的に、余剰電力が少ないか、あるいは発電電力が需要電力に対して不足する期間に、蓄電池３３の電力を電気負荷２に供給することが可能になり、電力系統３０から受電する電力量を一層低減することが可能になる。

ところで、上述した構成例において、計画期間における需要電力および発電電力を予測している。したがって、予測した需要電力および発電電力には予測誤差が含まれている。そこで、計算部１３は予測誤差を見積もる検証部１３３を備えることが望ましい。検証部１３３は、需要電力および発電電力の実績値から求めた予測値の検証を行って予測値の予測誤差を見積もる。予測誤差の見積もりに際しては、たとえば、シミュレーションによる検証を行う。なお、予測部１３１は、予測結果として、需要電力の予測値および発電電力の予測値、さらには余剰電力の予測値を求めている。検証部１３３は、予測部１３１の予測結果について予測誤差を見積もっており、予測結果が需要電力の予測値と発電電力の予測値と余剰電力の予測値とを含む場合には、これらの全ての予測値の予測誤差を見積もる。

計画部１３２は、需要電力として予測誤差を含む上限値を用い、発電電力として予測誤差を含む下限値を用いて計画期間を設定し、予測誤差を考慮した需要電力および発電電力を用いて、蓄電池３３の充電および放電の制御内容を決定する。つまり、電気負荷２の需要電力と太陽電池３２の発電電力との予測誤差を考慮して、想定される最悪の条件に基づいて計画期間が定められるから、予測誤差があっても、電力系統３０から受電する電力量を低減させる効果が期待できる。検証部１３３が需要電力の予測値についてのみ予測誤差を見積もる場合、最悪の条件とは、予測誤差の範囲内で需要電力が最小となることを意味する。検証部１３３が需要電力の予測値および発電電力の予測値について予測誤差を見積もる場合、最悪の条件とは、予測誤差の範囲内で余剰電力が最小となることを意味する。

ところで、計画期間を長くすれば、需要電力と発電電力との日々の変動分を相殺することが可能であるが、計画期間が長いほど予測誤差は大きくなる。そのため、需要電力および発電電力の予測値を、予測誤差による補正値で補正する場合に、計画期間が長いほど補正値が大きくなり、補正値が大きくなるほど、需要電力および発電電力の予測値が実現不可能な値になる可能性がある。したがって、予測誤差を考慮する場合、計画期間の長さと予測誤差の大きさとには制限を与えることが望ましい。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
上述した実施形態において、計画期間は１回ずつ独立して設定されているが、図５に示すように、複数の計画期間の一部が重複するように計画期間を設定してもよい。つまり、複数の計画期間について、それぞれの計画期間を開始する時刻の時間間隔（「計画インターバル」と呼ぶ）を、計画期間の長さよりも短くしている。計画期間の長さをＴｐ、計画インターバルをＴｉとすると、上述した実施形態では、Ｔｐ≦Ｔｉであるのに対して、本実施形態では、Ｔｐ＞Ｔｉの関係に設定されている。計画期間は、単位期間である計算時間間隔Ｔｃの複数倍の期間として設定されている。図示例では、計画期間は６個の計算時間間隔Ｔｃを有しており、２個の計算時間間隔Ｔｃに相当する時間だけずれて設定されている。言い換えると、各計画期間は、４個の計算時間間隔Ｔｃに相当する時間だけ重複している。

実施形態１において説明したように、計画期間に実行される制御内容は、計画期間が開始される前に計算部１３が決定する。したがって、計画期間における制御内容を定めるときに用いた条件が、計画期間の開始後に変更されたとしても実施形態１の構成では対応できない。

これに対して、本実施形態は、計画期間の一部が重複しているから、計画期間が開始された後に、制御内容を定めた条件に変更が生じた場合には、次の計画期間における制御内容を変更することが可能である。つまり、条件の変更に対して制御内容の変更を迅速に行うことが可能になる。たとえば、計画期間が開始された後に、電気事業者からのデマンドレスポンスにより買電の単価が変更された場合でも、当該計画期間の途中で制御内容を変更することが可能である。この場合、制御内容が変更された後の計画期間において、変更後の制御内容が実行される。つまり、蓄電池３３の充電および放電の計画をデマンドレスポンスに応じて変更することが可能になり、結果的に、電力系統３０から受電する電力量の低減が可能になる。

上述した構成例において、計算時間間隔Ｔｃは、たとえば１時間としているが、計算時間間隔Ｔｃを短くすれば、蓄電池３３の充電と放電とを選択する機会が増加し、きめ細かい制御が可能になる。たとえば、計算時間間隔Ｔｃを１時間から３０分に変更すれば、発電電力あるいは需要電力が急に変化した場合にも、蓄電池３３の充電あるいは放電によって電力系統３０から受電する電力量を低減させるように追従する制御が可能になる。とくに、本実施形態のように、計画期間の一部を重複させる場合、計算時間間隔Ｔｃが短いほど、条件の変化に対する追従性が高くなる。

なお、上述した実施形態１〜３において、太陽電池３２を備える太陽光発電設備を例示したが、太陽光発電装置に代えて、風力発電設備、地熱発電設備など、他の自然エネルギーを利用して発電する発電設備を用いることも可能である。また、蓄電設備は、蓄電池を備えた専用の装置のほか、電動車両に搭載された蓄電池と、蓄電池の充電および放電を制御する制御装置とを組み合わせた構成であってもよい。

上述した電力調整装置１０は、独立した装置を構成するほか、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）に用いるコントローラに組み込まれていてもよい。ＨＥＭＳのコントローラは、電気負荷２と通信することによって電気負荷２の動作状態の管理（監視および制御）を行う機能を有する装置を意味する。また、電力調整装置１０は、図６に示すように、蓄電設備（蓄電池３３）と同じ筐体３４に収納されて、蓄電装置を構成していてもよい。すなわち、蓄電設備の筐体３４に電力調整装置１０が内蔵され、電力調整装置１０と、蓄電設備（蓄電池３３）と、電力調整装置１０および蓄電設備（蓄電池３３）を収納する筐体３４とを備える蓄電装置を構成してもよい。図６では、パワーコンディショナ３１のうち蓄電池３３の充電および放電を行う部分が、蓄電設備の筐体３４に収納される場合を示しているが、筐体３４はパワーコンディショナ３１とは独立していてもよい。

また、上述した実施形態１〜３では、電力調整装置１０を需要家１が備えているが、電力調整装置１０における計算部１３と等価な機能を、サーバ（クラウドコンピューティングシステムを含む）により提供してもよい。すなわち、図７に示すように、需要家１には、蓄電池３３の充電および放電を制御する制御装置１５が設けられる。制御装置１５は、電力調整装置１０と同様に、ＨＥＭＳのコントローラに組み込まれていてもよく、また、蓄電池３３と同じ筐体３４（図６参照）に収納されていてもよい。この制御装置１５は、インターネットのような電気通信回線３を通してサーバ４０と通信可能になっている。なお、図６、図７において、実線は電力用の配線を示し、破線は信号または情報の経路を示す。

サーバ４０は、電力系統３０から受電した電力と蓄電設備（蓄電池３３）の電力とを需要家１における電気負荷に供給するように蓄電設備（パワーコンディショナ３１）を制御する制御装置１５と通信可能である。このサーバ４０は、予測部４３１と計画部４３２と通信部４１とを備える。予測部４３１は、蓄電設備（蓄電池３３）の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ計画期間において電気負荷２で消費する電力である需要電力の予測値を求める。計画部４３２は、需要電力の予測値に応じて、特定の条件下で、計画期間における蓄電設備（蓄電池３３）の充電と放電との制御内容を決定する。ここで、特定の条件は、電力系統３０から受電する電力量と電力系統３０から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれか１つを最小化するという条件である。通信部４１は、蓄電設備（パワーコンディショナ３１）を当該制御内容に従って動作させるように当該制御内容を制御装置１５に通知する。

サーバ４０は、計算部１３と同様の機能を有する計算部４３とを備える。すなわち、計算部４３は、予測部１３１と同様の機能を有する予測部４３１を備え、計画部１３２と同様の機能を有する計画部４３２を備える。計画部４３２が決定した制御内容は、通信部４１を通して制御装置１５に送信され、制御装置１５は、計画部４３２から受け取った制御内容に従って蓄電池３３の充電および放電を制御する。

Claims (12)

1. 電力系統から受電した電力と蓄電設備の電力とを需要家における電気負荷に供給する電力調整装置であって、
   前記蓄電設備の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ前記計画期間において前記電気負荷で消費する電力である需要電力の予測値を求める予測部と、
   前記需要電力の前記予測値に応じて、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれか１つを最小化するという条件下で、前記計画期間における前記蓄電設備の充電と放電との制御内容を決定する計画部と、
   前記制御内容に従って前記蓄電設備を制御する制御部と、
   前記予測部が求めた前記予測値の予測誤差を見積もる検証部とを備え、
   前記予測部は、前記予測誤差から想定される最悪の条件を用いて前記計画期間を定める
   電力調整装置。
2. 前記電力系統から受電する電力量に対する対価として複数段階の単価のうちの１つが期間ごとに設定されている場合に、前記計画期間は、単価が最安である期間の開始時に開始される
   請求項１記載の電力調整装置。
3. 前記計画期間は、単価が異なる２つ以上の期間を含むように設定される
   請求項２記載の電力調整装置。
4. 前記需要家に太陽光発電設備が設置され、
   前記予測部は、前記計画期間における前記太陽光発電設備が発電した電力である発電電力の予測値を求め、
   前記計画期間は、前記発電電力の前記予測値が所定の閾値を上回る期間と、前記発電電力の前記予測値が前記閾値を下回る期間とを含むように設定される
   請求項１記載の電力調整装置。
5. 前記需要家に太陽光発電設備が設置され、前記蓄電設備は、前記太陽光発電設備が発電した電力である発電電力から前記需要電力を差し引いた余剰電力による充電が可能であって、
   前記予測部は、前記計画期間における前記発電電力の予測値を求め、前記発電電力の前記予測値と前記需要電力の前記予測値とから前記余剰電力の予測値を求め、
   前記計画期間は、前記余剰電力の前記予測値によって前記蓄電設備の充電が可能である期間と、前記余剰電力の前記予測値では前記蓄電設備を充電できない期間とを含むように設定される
   請求項１記載の電力調整装置。
6. 前記予測部は、一部の期間が重複する複数の計画期間を定め、前記複数の計画期間の各々について前記予測値を求める
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力調整装置。
7. 前記計画期間は、単位期間である計算時間間隔の複数倍の期間として設定され、
   前記計画部は、前記計算時間間隔ごとに前記蓄電設備の充電または放電を行うように前記制御内容を決定する
   請求項１〜５、７のいずれか１項に記載の電力調整装置。
8. 電力系統から受電した電力と蓄電設備の電力とを需要家における電気負荷に供給する電力調整方法であって、
   前記蓄電設備の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ前記計画期間において前記電気負荷で消費する電力である需要電力の予測値を予測部が求め、
   前記需要電力の前記予測値に応じて、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれか１つを最小化するという条件下で、前記計画期間における前記蓄電設備の充電と放電との制御内容を計画部が決定し、
   前記制御内容に従って前記蓄電設備を制御部が制御し、
   前記予測部が求めた前記予測値の予測誤差を検証部が見積もり、
   前記予測誤差から想定される最悪の条件を用いて前記計画期間を前記予測部が定める
   電力調整方法。
9. 請求項１〜５、７、８のいずれか１項に記載の電力調整装置と、前記蓄電設備とを備える電力調整システム。
10. 請求項１〜５、７、８のいずれか１項に記載の電力調整装置と、前記蓄電設備と、前記電力調整装置および前記蓄電設備を収納する筐体とを備える蓄電装置。
11. 電力系統から受電した電力と蓄電設備の電力とを需要家における電気負荷に供給するように前記蓄電設備を制御する制御装置と通信可能であって、
    前記蓄電設備の充電および放電を行う期間を計画期間に定め、かつ前記計画期間において前記電気負荷で消費する電力である需要電力の予測値を求める予測部と、
    前記需要電力の前記予測値に応じて、前記電力系統から受電する電力量と前記電力系統から受電する電力量に対する対価と二酸化炭素の排出量とのいずれか１つを最小化するという条件下で、前記計画期間における前記蓄電設備の充電と放電との制御内容を決定する計画部と、
    前記蓄電設備を前記制御内容に従って動作させるように前記制御内容を前記制御装置に通知する通信部と、
    前記予測部が求めた前記予測値の予測誤差を見積もる検証部とを備え、
    前記予測部は、前記予測誤差から想定される最悪の条件を用いて前記計画期間を定める
    サーバ。
12. コンピュータを、請求項１〜５、７、８のいずれか１項に記載の電力調整装置として機能させるプログラム。

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