JP6755896B2

JP6755896B2 - 収集装置、電力データ補間方法およびプログラム

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Publication number: JP6755896B2
Application number: JP2018059350A
Authority: JP
Inventors: 悠平横山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: JP2019176544A

Description

本発明の実施形態は、収集装置および電力データ補間方法に関する。

近年、電力市場の自由化に伴い電力需要調整をする制御手法が提案されつつある。この電力調整には、例えばＶＰＰ（Virtual Power Plant：仮想発電所）と呼ばれる制御手法がある。ＶＰＰでは、アグリゲータと呼ばれる電力管理業者が、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）事業者が運用する通信制御装置を介し、電力需給調整を行う。

特開２０１２−１９１７０７号公報

ＶＰＰは、アグリゲータや電力会社の要求に応じた適切な電力データの提供が求められる。しかしながら、従来技術では、例えば、通信状況等により提供する電力データに欠損が生じる場合等に、適切な電力データを提供することができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、適切な電力データを提供することができる収集装置および電力データ補間方法を提供することである。

実施形態に係る収集装置は、収集部と、補間部と、出力部とを具備する。収集部は、被制御機器の電力データを収集する。補間部は、収集部によって収集された電力データに欠損箇所がある場合に、欠損箇所を補間する。出力部は、補間部によって補間された電力データである補間電力データを出力する。

本発明によれば、適切な電力データを提供することができる。

図１は、実施形態に係る蓄電システムの構成例を示す図である。図２は、実施形態に係る収集装置のブロック図である。図３は、補間部による処理の具体例を示す図（その１）である。図４は、補間部による処理の具体例を示す図（その２）である。図５は、補間部による処理の具体例を示す図（その３）である。図６は、補間部による処理の具体例を示す図（その４）である。図７は、実施形態に係る収集装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下で説明する実施形態に係る収集装置４１は、収集部４１１ａと、補間部４１１ｂと、出力部４１１ｃとを具備する。収集部４１１ａは、被制御機器の電力データＰを収集する。補間部４１１ｂは、収集部４１１ａによって収集された電力データＰに欠損箇所Ｄｄがある場合に、欠損箇所Ｄｄを補間する。出力部４１１ｃは、補間部４１１ｂによって補間された電力データＰである補間電力データＰｄを出力する。

また、以下で説明する実施形態に係る出力部４１１ｃは、アグリゲータ４２（外部サーバの一例）へ補間電力データＰｄを出力する。

また、以下で説明する実施形態に係る出力部４１１ｃは、アグリゲータ４２からの要求に基づき、電力データＰを出力する。

また、以下で説明する実施形態に係る補間部４１１ｂは、欠損箇所Ｄｄの前後の電力データＰに基づいて当該欠損箇所Ｄｄを補間する。

また、以下で説明する実施形態に係る補間部４１１ｂは、電力データＰの履歴に基づいて欠損箇所Ｄｄを補間する。

また、以下で説明する収集部４１１ａは、複数の被制御機器の電力データＰについてそれぞれ収集し、補間部４１１ｂは、欠損箇所Ｄｄがある電力データＰと相関関係にある他の電力データＰに基づいて補間する。

以下、図面を参照して、実施形態に係る収集装置４１について説明する。実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

（実施形態）
まず、図１を用いて、実施形態に係る収集装置４１を含む蓄電システム１のシステム構成について説明する。図１は、実施形態に係る蓄電システム１のシステム構成例を示す図である。

図１に示すように、蓄電システム１は、収集装置４１と、アグリゲータのサーバ装置４２（以下、アグリゲータ４２）と、ＥＭＳ（Energy Management System）クラウド４３と、ＨＥＭＳコントローラ４４と、スマートメータ（電力計測器）４５とを備える。

収集装置４１は、蓄電システム１内の被制御機器の電力データＰを収集し、アグリゲータ４２へ出力する。アグリゲータ４２は、系統電源１１を介して住宅ＨＭ内へ電力を供給する電力会社と契約者との仲介を行う。

アグリゲータ４２は、電力会社からの要求に応じて、ＥＭＳクラウド４３に対して指示し、機器１６１〜１６４を統括的に制御することで、ＶＰＰと呼ばれる制御を実現する。

ＥＭＳクラウド４３は、契約者のＨＥＭＳコントローラ４４から取得される電力量のデータなどを集約する。例えば、ＥＭＳクラウド４３は、契約者に対して使用電力量のグラフ化（見える化）や被制御機器等の遠隔制御機能などを提供する。また、ＥＭＳクラウド４３は、アグリゲータ４２に対して契約者毎の余剰電力を一括してコミットする機能を有する。

ＨＥＭＳコントローラ４４は、ＥＭＳクラウド４３から指示されたコミット量に基づいて各被制御機器に対して指示し、契約者宅Ｈ全体として指示されたコミット量を満たすように、被制御機器を連携制御する。なお、ＨＥＭＳコントローラ４４がＥＭＳクラウド４３の有するアグリゲータ４２とのコミット量指示に対応する機能などを有する場合、ＥＭＳクラウド４３を省略することができる。

スマートメータ４５は、系統電源１１から供給された電力、すなわち買電した電力や、系統電源１１側へ供給した電力、すなわち売電した電力を計量する。また、スマートメータ４５は、契約者が所有するＨＥＭＳコントローラ４４と接続される所定の伝送媒体上で、ＥＣＨＯＮＥＴＬｉｔｅ（登録商標）と呼ばれる通信プロトコルを使用して、ＨＥＭＳコントローラ４４へ契約者宅Ｈ全体の電力量の実績値を送信する。

分散電源１６０は、例えば、系統電源１１から供給される電力や太陽光パネル２１からパワーコンディショナ２２を経由して生成された電力により充電される蓄電池や燃料電池、ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）等を含む。

住宅用分電盤１２および分散電源用分電盤１３は、系統電源１１からの電力を契約者宅Ｈの配線に分岐させるとともに、各分岐における消費電力量を計測可能なスマート分電盤である。製品形態によっては、住宅用分電盤１２と分散電源用分電盤１３が同一の筐体に収められているケースもある。

ここで、被制御機器とは、蓄電システム１によって管理される電子機器を指す。図１に示す例では、住宅用分電盤１２、分散電源用分電盤１３、太陽光パネル２１、パワーコンディショナ２２、分散電源１６０、機器１６１〜１６４が被制御機器に該当する。

ところで、上述のように、収集装置４１は、スマートメータ４５や各被制御機器の電力データＰを収集し、アグリゲータ４２へ出力する。しかしながら、例えば、収集装置４１が収集する電力データＰに欠損が生じた場合、適切な電力データＰをアグリゲータ４２へ出力することができない。また、電力会社やアグリゲータ４２によって、要求される電力データＰのサンプリング間隔や精度が異なる場合があり、かかる要求を満たせない場合がある。

そこで、実施形態に係る収集装置４１は、収集した電力データＰに欠損箇所Ｄｄがある場合に、欠損箇所Ｄｄを補間することとした。これにより、実施形態に係る収集装置４１では、適切な電力データＰを提供することが可能となる。以下、かかる点の詳細について説明する。

次に、図２を用いて実施形態に係る収集装置４１の構成例について説明する。図２は、実施形態に係る収集装置４１のブロック図である。図２に示すように、実施形態に係る収集装置４１は、通信部４１０と、制御部４１１と、記憶部４１２とを有する。

通信部４１０は、図１に示したスマートメータ４５や各被制御機器に設けられた電力センサを含む計測機器や、各被制御機器およびアグリゲータ４２と通信を行う通信インターフェースである。

制御部４１１は、収集部４１１ａと、補間部４１１ｂと、出力部４１１ｃとを備える。制御部４１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路であり、収集装置４１の全体制御を実行する。記憶部４１２は、たとえば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。実施形態に係る記憶部４１２は、図２に示すように、電力情報データベース４１２ａ、状態情報データベース４１２ｂ、相関関係情報４１２ｃおよび校正値情報４１２ｄを記憶する。

制御部４１１の収集部４１１ａは、上述の計測機器や被制御機器から被制御機器の電力データＰや動作状況を取得する。収集部４１１ａは、電力データＰを記憶部４１２の電力情報データベース４１２ａへ格納し、動作状況を記憶部４１２の状態情報データベース４１２ｂへ格納する。

電力情報データベース４１２ａは、各被制御機器の電力データＰの継時変化が被制御機器毎に登録されたデータベースである。なお、例えば、電力情報データベース４１２ａには、気象情報や日時等が電力データＰに紐付けて格納される。これは、例えば、電力データＰが、太陽光パネル２１の発電電力に関する電力データＰである場合、気象条件や日時によってかかる電力データＰの変動傾向が変化するためである。また、状態情報データベース４１２ｂは、各被制御機器の動作状況の継時変化が被制御機器毎に登録されたデータベースである。

補間部４１１ｂは、収集部４１１ａによって収集された電力データＰに欠損箇所Ｄｄが有る場合に、欠損箇所Ｄｄを補間する。例えば、まず、補間部４１１ｂは、アグリゲータ４２から電力データＰの出力指示を取得すると、かかる出力指示に基づき、補間が必要か否かを判定する。

かかる出力指示には、例えば、電力データＰの種類と、かかる電力データＰのサンプリング周期とを指示する情報が含まれる。補間部４１１ｂは、出力指示によって指示された電力データＰに欠損箇所Ｄｄがあるか否かを判定する。

ここで、欠損箇所Ｄｄとは、電力データＰに欠損が生じた箇所と、要求されたサンプリング間隔よりも電力データＰのサンプリング間隔が長いことを示す。すなわち、補間部４１１ｂは、電力データＰを参照し、欠損が生じた箇所や、要求されたサンプリング間隔よりも長い場合に、電力データＰに欠損箇所Ｄｄがあると判定する。

そして、補間部４１１ｂは、欠損箇所Ｄｄがあると判定した場合に、欠損箇所Ｄｄの補間処理を行い、補間後の電力データＰである補間電力データＰｄを出力部４１１ｃへ出力する。

図３〜図６は、補間部４１１ｂによる処理の具体例を示す図である。図３では、補間部４１１ｂが、欠損箇所Ｄｄの前後の電力データＰに基づいて欠損箇所Ｄｄの補間を行う場合について説明する。

例えば、図３に示す電力データＰ１のように、積算電力値等の電力データＰに連続性がある場合に、以下の補間処理を行うことができる。図３に示すように、電力データＰ１が、欠損箇所Ｄｄ１と欠損箇所Ｄｄ２との欠損箇所Ｄｄを有する場合、補間部４１１ｂは、欠損箇所Ｄｄ１および欠損箇所Ｄｄ２の前後の電力データＰ１を用いて欠損箇所Ｄｄ１および欠損箇所Ｄｄ２をそれぞれ補間する。

具体的には、例えば、補間部４１１ｂは、線形補間、スプライン補間、ラグランジュ補間といった補間手法を用いて欠損箇所Ｄｄを補間する。また、補間部４１１ｂは、かかる場合に、欠損箇所Ｄｄを除いた電力データＰ１から最小二乗法を用いて近似線を導出し、かかる近似線から欠損箇所Ｄｄの電力データＰを補間することも可能である。

そして、補間部４１１ｂは、欠損箇所Ｄｄを補間した電力データＰ１に対応する補間電力データＰｄ１を生成する。このように、欠損前後の電力データＰ１を用いて欠損箇所Ｄｄを補間することで、容易に補間することが可能となる。

次に、図４を用いて、補間部４１１ｂが電力データＰの履歴に基づいて欠損箇所Ｄｄを補間する場合について説明する。図４に示すように、補間部４１１ｂは、電力データＰ２−１に欠損箇所Ｄｄ３および欠損箇所Ｄｄ４が生じた場合、同一の被制御機器の過去の電力データＰ２に基づいて欠損箇所Ｄｄ３および欠損箇所Ｄｄ４の補間を行う。

具体的には、補間部４１１ｂは、Ｘ月Ｘ日の電力データＰ２−１に欠損が生じた場合、図２に示した電力情報データベース４１２ａを参照し、Ｘ月Ｘ日と電力データＰ２−１と継時変化の傾向が類似する日付の電力データＰ２を抽出する。

このとき、補間部４１１ｂは、例えば、気象情報がＸ月Ｘ日と類似する日付の電力データＰ２を一旦抽出し、抽出した電力データＰ２のうち、Ｘ月Ｘ日の電力データＰ２−１と最も類似度が高い電力データＰ２を抽出する。

図４に示す例では、補間部４１１ｂが、Ｘ月Ｙ日の電力データＰ２−２を最終的に抽出した場合を示す。そして、補間部４１１ｂは、電力データＰ２−２から、欠損箇所Ｄｄ３および欠損箇所Ｄｄ４に対応するデータを用いて欠損箇所Ｄｄ３および欠損箇所Ｄｄ４の補間を行う。

これにより、補間部４１１ｂは、Ｘ月Ｘ日の電力データＰ２−１において欠損箇所Ｄｄ３および欠損箇所Ｄｄ４を補間した補間電力データＰｄ２を生成することが可能となる。なお、補間部４１１ｂは、例えば、過去の電力データＰ２を教師データとして機械学習を行うことで、電力データＰ２のモデルを作成し、かかるモデルに基づいて欠損箇所Ｄｄの補間を行うことにしてもよい。

このように、補間部４１１ｂは、電力データＰ２の履歴に基づいて欠損箇所Ｄｄを補間する。言い換えれば、過去の実測値に基づき、欠損箇所Ｄｄを補間する。これにより、精度よく欠損箇所Ｄｄを補間することができる。

次に、図５を用いて補間部４１１ｂが、他の電力データＰを用いて欠損箇所Ｄｄを補間する場合について説明する。例えば、図５に示すように、補間部４１１ｂは、欠損箇所Ｄｄを有する電力データＰと相関関係にある電力データＰを用いて欠損箇所Ｄｄについて補間を行う。

例えば、図５に示すテーブルは、相関関係情報４１２ｃとして収集装置４１の記憶部４１２に記憶される。より詳細には、相関関係情報４１２ｃは、被制御機器と、かかる被制御機器に対応する電力データＰに対して相関関係がある電力データＰの種別が対応付けられた情報である。

「被制御機器」は、被制御機器の種別を示し、「電力データ」は、被制御機器に対応する電力データＰの種別を示す。また、「相関関係」は、「電力データ」と相関関係にある電力データＰを示す。

図５に示す例では、蓄電池（分散電源１６０の一例；図１参照）の充電電力の電力データＰに対して太陽光パネル２１の発電電力の電力データＰと、蓄電システム１内の消費電力の電力データＰとが対応付けられている場合を示す。

すなわち、補間部４１１ｂは、発電電力の電力データＰと、消費電力の電力データＰに基づき、蓄電池の充電電力の電力データＰを算出することが可能である。このとき、例えば、被制御機器に設けられた電力センサの測定誤差によって電力データＰが異なる場合がある。かかる場合に、補間部４１１ｂは、記憶部４１２に格納された校正値情報４１２ｄ（図２参照）を参照し、各電力データＰを調整する。

校正値情報４１２ｄは、各電力データＰを調整するための係数に関する情報である。補間部４１１ｂは、校正値情報４１２ｄに基づき、計測値を調整したうえで、相関関係にある電力データＰを用いて欠損箇所Ｄｄを有する電力データＰを算出する。

図６に示す例では、電力データＰ３が欠損箇所Ｄｄ３を有する場合について示している。かかる場合に、補間部４１１ｂは、電力データＰ３と相関関係にある電力データＰ４と電力データＰ５とに基づいて電力データＰ３に対応する電力データＰ３´を算出する。

そして、補間部４１１ｂは、算出した電力データＰ３´に基づき、電力データＰ３の欠損箇所Ｄｄ３の補間を行う。これにより、電力データＰ３に対応する補間電力データＰｄ３を生成することが可能となる。

なお、図３〜図６に示した例では、電力データＰに基づいて欠損箇所Ｄｄを有する電力データＰを補間する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、各被制御機器の動作状況から電力データＰを予測することができる場合、補間部４１１ｂは、かかる動作状況に基づいて欠損箇所Ｄｄを補間することも可能である。また、かかる場合に、補間部４１１ｂは、動作状況と電力データＰとを組み合わせて欠損箇所Ｄｄを補間することにしてもよい。

図２の説明に戻り、出力部４１１ｃについて説明する。出力部４１１ｃは、補間部４１１ｂによって補間された電力データＰである補間電力データＰｄを出力する。具体的には、出力部４１１ｃは、アグリゲータ４２（図１参照）からの要求に応じて補間電力データＰｄを通信部４１０を介してアグリゲータ４２へ出力する。このとき、補間電力データＰｄが実計測部によって計測されたデータと補間部４１１ｂによって補完されたデータとを判別する情報を含んでもよい。すなわち、出力部４１１ｃは、該当時刻の電力データが補間されたものか否かどうかを判別可能な情報出力する。また、出力部４１１ｃは、補間部４１１ｂがどのような態様で欠損データを補間したかを示す情報を合わせて出力してもよい。さらに、補間部４１１ｂは、データの信頼度に基づくレベル分けを行った上で電力データＰを補間してもよいし、出力部４１１ｃは、データの信頼度に基づいてアグリゲータ４２の要求に応じた補間電力データＰｄを出力してもよい。つまり、アグリゲータ４２からの要求で一定以上のレベルの信頼度をもった補間電力データＰｄの要求があった場合には、補間可能なデータのうち要求を満たす補間電力データＰｄのみを出力するようにしてもよいし、要求を満たす補間電力データＰｄで最も信頼度の高いデータを出力してもよい。

また、出力部４１１ｃは、例えば、アグリゲータ４２から要求された場合、電力データＰを出力することも可能である。言い換えれば、出力部４１１ｃは、補間部４１１ｂによって欠損箇所Ｄｄが補間される前のデータを出力することもできる。

このように、出力部４１１ｃは、アグリゲータ４２による要求に応じて、補間電力データＰｄや電力データＰを適宜出力することが可能である。これにより、アグリゲータ４２の要求に対して適切な電力データＰを出力することが可能となる。また、例えば、電力データＰをそのまま出力する場合、補間部４１１ｂによる処理負荷を抑えることも可能である。

なお、出力部４１１ｃによる補間電力データＰｄや電力データＰの出力先は、アグリゲータ４２に限られず、例えば、住宅ＨＭ内に設置された画面であってもよい。すなわち、出力部４１１ｃは、補間電力データＰｄをユーザ（契約者）へ提供することも可能である。

これにより、契約者は、欠損箇所Ｄｄが補間された補間電力データＰｄに基づき、各被制御機器の電力データＰを把握することができる。

次に、図７を用いて実施形態に係る収集装置４１が実行する処理手順について説明する。図７は、実施形態に係る収集装置４１が実行する処理手順を示すフローチャートである。

図７に示すように、まず、収集部４１１ａは、電力データＰの収集を開始し（ステップＳ１０１）、補間部４１１ｂは、電力データＰの出力要求を取得したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。補間部４１１ｂは、出力要求を取得していない場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０２の処理を継続して行う。

一方、補間部４１１ｂは、出力要求を取得した場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、電力データＰの補間は必要か否かを判定する（ステップＳ１０３）。補間部４１１ｂは、電力データＰの補間が必要であった場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、電力データＰを補間する（ステップＳ１０４）。

そして、出力部４１１ｃは、補間電力データＰｄを出力して（ステップＳ１０５）、処理を終了する。また、出力部４１１ｃは、補間が必要でなかった場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、電力データＰを出力して（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

上述したように、実施形態に係る収集装置４１は、収集部４１１ａと、補間部４１１ｂと、出力部４１１ｃとを具備する。収集部４１１ａは、被制御機器の電力データＰを収集する。補間部４１１ｂは、収集部４１１ａによって収集された電力データＰに欠損箇所Ｄｄがある場合に、欠損箇所Ｄｄを補間する。出力部４１１ｃは、補間部４１１ｂによって補間された電力データＰである補間電力データＰｄを出力する。したがって、実施形態に係る収集装置４１は、適切な電力データＰを提供することができる。

ところで、上述した実施形態では、収集装置４１がアグリゲータ４２とスマートメータ４５との間に設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、図１に示す収集装置４１の接続構成は、一例であり、任意に変更可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１蓄電システム
４１収集装置
４２アグリゲータ（外部サーバの一例）
４５スマートメータ
４１１ａ収集部
４１１ｂ補間部
４１１ｃ出力部
４１２ａ電力情報データベース
４１２ｂ状態情報データベース
４１２ｃ相関関係情報
４１２ｄ校正値情報
Ｐ電力データ
Ｄｄ欠損箇所
Ｐｄ補間電力データ

Claims

複数の被制御機器の電力データをそれぞれ収集する収集部と；
前記収集部によって収集された前記電力データに欠損箇所がある場合に、前記欠損箇所を補間する補間部と；
前記補間部によって補間された前記電力データである補間電力データを出力する出力部と；を具備し、
前記補間部は、前記欠損箇所がある前記電力データと相関関係にある他の前記電力データに基づいて前記欠損箇所を補間する
収集装置。
前記出力部は、
外部サーバへ前記補間電力データを出力する
請求項１に記載の収集装置。
前記出力部は、
前記外部サーバからの要求に基づき、前記電力データを出力する
請求項２に記載の収集装置。
前記補間部は、
前記欠損箇所の前後の前記電力データに基づいて当該欠損箇所を補間する
請求項１、２または３に記載の収集装置。
前記補間部は、
前記電力データの履歴に基づいて前記欠損箇所を補間する
請求項１〜４のいずれか一つに記載の収集装置。
複数の被制御機器の電力データをそれぞれ収集する収集ステップと；
前記収集ステップによって収集された前記電力データに欠損箇所がある場合に、前記欠損箇所を補間する補間ステップと；
前記補間ステップによって補間された前記電力データを出力する出力ステップと；を含み、
前記補間ステップは、前記欠損箇所がある前記電力データと相関関係にある他の前記電力データに基づいて前記欠損箇所を補間する
電力データ補間方法。
コンピュータに、
複数の被制御機器の電力データをそれぞれ収集する収集ステップと；
前記収集ステップによって収集された前記電力データに欠損箇所がある場合に、前記欠損箇所を補間する補間ステップと；
前記補間ステップによって補間された前記電力データを出力する出力ステップと；を実行させ、
前記補間ステップは、前記欠損箇所がある前記電力データと相関関係にある他の前記電力データに基づいて前記欠損箇所を補間する
プログラム。