(57)【要約】【課題】各家庭における発電量と電力消費量を適切に制御する。【解決手段】グループを構成する複数のユーザの各家庭に配置された制御装置および必要に応じて設けられる発電装置と、複数の前記制御装置を接続する論理的な通信経路とを備え、前記制御装置は、所定の情報を含めた通信信号を他の制御装置に巡回させるとともに、他の制御装置から受信した通信信号に基づいて発電量および／もしくは電力消費量を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グループを構成する複数のユーザの各家庭に配置された制御装置および必要に応じて設けられる発電装置と、
複数の前記制御装置を接続する論理的な通信経路と
を備え、
前記制御装置は、
所定の情報を含めた通信信号を他の制御装置に巡回させるとともに、
他の制御装置から受信した通信信号に基づいて発電量および／もしくは電力消費量を制御する
ことを特徴とする電力ネットワークシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力ネットワークシステムにおいて、
前記通信信号には、電力価格、総電力消費量および総発電量を含め、
前記制御装置は、
他の制御装置から受信した通信信号の総発電量が総電力消費量に満たない場合に、所定時間の発電を行うか否か電力価格に基づいて決定し、
発電を行うと決定した場合は、総発電量を更新し、
総発電量が総電力消費量を満たした場合に、通信信号の巡回を停止し、
所定時間の経過後に通信信号の巡回を再開する
ことを特徴とする電力ネットワークシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の電力ネットワークシステムにおいて、
前記制御装置は、
通信信号がグループ内を一巡した時点で総発電量が総電力消費量を満たさない場合、電力会社から購入する電力料金を上限として電力価格を上げ、再び通信信号を巡回させる
ことを特徴とする電力ネットワークシステム。
【請求項４】
請求項２または３のいずれか一項に記載の電力ネットワークシステムにおいて、
電力価格として、ユーザが電力を買う購入価格と電力を売る販売価格を明示し、
前記制御装置は、ユーザの申告する消費電力に基づいて総電力消費量を算出し、ユーザの申告する発電電力に基づいて総発電量を算出する
ことを特徴とする電力ネットワークシステム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のグループを複数備えるとともに、当該複数のグループを管理するサーバを備え、
前記サーバはグループ毎に異なる電力消費量の目的値を付与し、
通信信号に目的値を含め、
前記制御装置は、グループ内の総電力消費量が目的値を上回っている場合に、家庭内の電力使用を制限する
ことを特徴とする電力ネットワークシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の電力ネットワークシステムにおいて、
前記サーバは各グループでシフト可能な需要に比例して目的値を付与する
ことを特徴とする電力ネットワークシステム。
【請求項７】
グループを構成する複数のユーザの各家庭に配置された制御装置および必要に応じて設けられる発電装置と、
複数の前記制御装置を接続する論理的な通信経路と
を備えた電力ネットワークシステムに用いられる前記制御装置であって、
所定の情報を含めた通信信号を他の制御装置に巡回させる手段と、
他の制御装置から受信した通信信号に基づいて発電量および／もしくは電力消費量を制御する手段と
を備えたことを特徴とする電力ネットワークシステム用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の需要抑制方式として、ダイナミックプライシングと呼ばれるものがある（例えば、特許文献１等を参照。）。
【０００３】
図１はダイナミックプライシングによる需要抑制の例を示す図であり、図１（ａ）に示すように、電力消費量（電力需要量）Ｅが多くなると電力料金Ｐが高くなるように、例えば電力料金Ｐを階段状に変動させるものである。
【０００４】
そして、図１（ｂ）に示すように、電力料金Ｐをプライスシグナルとして各家庭に通知することで、例えば各家庭に設置されたスマートメータに当該時刻の電力料金Ｐが表示される場合、ユーザは電気代が高くなったことで省エネに努める等、需要を抑制することが可能である。
【０００５】
また、今後、各家庭にＣＨＰ（Combined Heat and Power）等の発電装置が普及した場合には、電力料金に連動して家庭からの発電電力の販売価格を変動させることにより、電力需要が多い場合には販売価格を高くすることで発電を積極的に行わせ、電力需要を満たす方向に作用させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６９１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したダイナミックプライシングは、マクロ的には効果を発揮するものであるが、次のような問題が指摘されている。
【０００８】
第１に、ダイナミックプライシングはある程度の広さの地域に対して一律のプライスシグナルを提供するものであるため、ローカルな需要動向を考慮しておらず、ローカルには電力の過不足が生じてしまう。発電装置の比率が高い場合、過剰な発電量は廃棄されることになるため無駄が多く、有効発電量（発電量のうち廃棄せずに有効に使用された量）が小さくなってしまう。
【０００９】
第２に、ダイナミックプライシングは電力料金のみによって需要を制御しようとするものであるため、過制御等により電力料金が低価格に移った瞬間に大きな需要が生じることがあり、需要が多くなり過ぎて需要を満たせなくなる場合がある。
【００１０】
このように、電力料金だけでは、マクロに概略的には制御できるが、充分ではなく、より高度な制御方式が必要となる。
【００１１】
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、各家庭における発電量と電力消費量を適切に制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、グループを構成する複数のユーザの各家庭に配置された制御装置および必要に応じて設けられる発電装置と、複数の前記制御装置を接続する論理的な通信経路とを備え、前記制御装置は、所定の情報を含めた通信信号を他の制御装置に巡回させるとともに、他の制御装置から受信した通信信号に基づいて発電量および／もしくは電力消費量を制御するようにしている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にあっては、分散協調制御により、各家庭における発電量と電力消費量を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ダイナミックプライシングによる需要抑制の例を示す図である。
【図２】スマートグリッドネットワークにおける電圧維持の概念を示す図である。
【図３】ＥＶＮＯの概念を示す図である。
【図４】第１の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図である。
【図５】制御装置の構成例を示す図である。
【図６】第１の実施形態におけるトークンに含まれる情報の例を示す図である。
【図７】第１の実施形態における制御装置の処理例を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態の処理例を示す図である。
【図９】シミュレーション結果を示す図である。
【図１０】第２の実施形態における制御装置の処理例を示すフローチャートである。
【図１１】第３の実施形態におけるトークンに含まれる情報の例を示す図である。
【図１２】第４の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図である。
【図１３】目的値（目的曲線）の例を示す図である。
【図１４】第５の実施形態における目的値の決め方の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。
【００１６】
＜前提となるスマートグリッドネットワーク＞
図２はスマートグリッドネットワークにおける電圧維持の概念を示す図である。
【００１７】
図２において、スマートグリッドネットワーク１は、流入する電力量と流出する電力量を同じにすることで、一定の電圧に維持される。電力が流入する場所と電力が流出する場所は、スマートグリッドネットワーク１のどこでもよい。
【００１８】
図３はＥＶＮＯ（Energy Virtual Network Operator）の概念を示す図である。
【００１９】
図３において、スマートグリッドネットワーク１の全部もしくは一部を複数のヴァーチャルネットワーク１１〜１Ｎにより構成する。各ヴァーチャルネットワーク１１〜１Ｎは任意の事業者によって運営され、独自のポリシーに従ってユーザへの電力サービスを提供する。各ヴァーチャルネットワーク１１〜１Ｎにおいて流入する電力量と流出する電力量を同じにすることで、それらが組み合わされたスマートグリッドネットワーク１の全体としても、流入する電力量と流出する電力量が同じになり、一定の電圧が維持される。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
図４は第１の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図である。
【００２１】
図４において、仮想的に１つのグループを構成する、自由な位置に分散した複数の家庭２Ａ〜２Ｃを対象とする。説明を簡単にするために３つの家庭２Ａ〜２Ｃについて図示しているが、実際には任意の数とすることができる。仮想的というのは、各家庭が地理的に隣接している必要はなく、図３で説明したＥＶＮＯの考えを取り入れて、ＥＶＮＯとしてのある事業者のサービスを受けている所定数（例えば３０軒）を１つのグループとする、ということである。
【００２２】
各家庭２Ａ〜２Ｃには、主たる制御を行う制御装置２１Ａ〜２１Ｃと、電力を消費する電気機器２２Ａ〜２２Ｃと、ＣＨＰ等の発電装置２３Ａ〜２３Ｃとが設けられている。制御装置２１Ａ〜２１Ｃは、電気機器２２Ａ〜２２Ｃの電力消費を制御するとともに、発電装置２３Ａ〜２３Ｃの制御を行う。
【００２３】
また、１つのグループを構成する各家庭２Ａ〜２Ｃの制御装置２１Ａ〜２１Ｃの間には、リング状の論理的な通信経路３が設けられている。通信経路３は、送電線と一体となったものでもよいし、送電線とは別のものでもよい。送電線と別の場合は、例えば、インターネットによる通信経路を用いることができる。
【００２４】
また、各家庭２Ａ〜２Ｃの制御装置２１Ａ〜２１Ｃを統括して管理するグループ管理サーバ４を設けてもよい。各家庭２Ａ〜２Ｃの制御装置２１Ａ〜２１Ｃがグループ管理機能を分散して有する場合には、グループ管理サーバ４を省略することができる。
【００２５】
図５は制御装置２１（２１Ａ〜２１Ｃ）の構成例を示す図である。
【００２６】
図５において、制御装置２１は、ユーザに対して各種の情報の表示を行う情報表示部２１１と、ユーザから各種の情報の入力を行う情報入力部２１２とを備えている。
【００２７】
また、制御装置２１は、電気機器２２（２２Ａ〜２２Ｃ）による電力消費を制御する需要管理部２１３と、発電装置２３（２３Ａ〜２３Ｃ）の制御を行う発電管理部２１４とを備えている。
【００２８】
また、制御装置２１は、リング状の通信経路３における前段の制御装置からトークン（通信信号）を受信するトークン受信部２１５と、トークンの内容を更新するトークン更新部２１６と、リング状の通信経路３における後段の制御装置に対してトークンを送信するトークン送信部２１７とを備えている。
【００２９】
図６は第１の実施形態におけるトークンに含まれる情報の例を示す図であり、電力価格、総発電量および総電力消費量が含まれている。電力価格は、図１に示したダイナミックプライシングと同様に、電力需要に連動して決定される値である。総発電量は、グループを構成する各家庭での発電量の総和である。総電力消費量は、グループを構成する各家庭での電力消費量の総和である。なお、本実施形態では、今現在の電力量を制御するのではなく、次の制御期間における電力量を制御するものであるため、総発電量は次の制御期間における発電量である。また、総電力消費量は、過去の実績（プロファイル）等から予測される値や、ユーザから申告される値等が用いられる。
【００３０】
図７は第１の実施形態における制御装置２１の処理例を示すフローチャートである。
【００３１】
図７において、制御装置２１は、前段の家庭２の制御装置２１からトークンを受信すると（ステップＳ１０１）、総発電量が総電力消費量に満たない場合（トークンが送信されてきたということは、既にこの条件は満たされている）、所定時間の発電を行うか否か電力価格に基づいて決定する（ステップＳ１０２）。例えば、制御装置２１は、発電に要するコストを電力価格と比較し、有利である場合に発電するものと決定する。また、発電した場合に総電力消費量を総発電量が超えることとなる場合は発電しないと決定することができる。発電量が固定である場合には、先にそれを判断してもいい。
【００３２】
発電すると決定した場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、制御装置２１は、現状の総発電量に自己の発電量を加算することにより、総発電量を更新する（ステップＳ１０４）。発電すると決定しなかった場合（ステップＳ１０３のＮｏ）、総発電量の更新は行わない。
【００３３】
次いで、制御装置２１は、総発電量が総電力消費量を満たしたか否か判断する（ステップＳ１０５）。総発電量が総電力消費量を満たしたとは、単に総発電量が総電力消費量と等しくなる場合だけでなく、発電すると総電力消費量を超えてしまうため発電しなかった場合も含む。
【００３４】
総発電量が総電力消費量を満たしていないと判断した場合（ステップＳ１０５のＮｏ）、制御装置２１は、次段の家庭２の制御装置２１にトークンを送信する（ステップＳ１０８）。
【００３５】
総発電量が総電力消費量を満たしたと判断した場合（ステップＳ１０５のＹｅｓ）、制御装置２１は、それ以上に発電すると廃棄電力となるため、トークンを止め、発電時間に相当する所定時間（制御期間に相当）だけ待機する（ステップＳ１０６）。
【００３６】
そして、所定時間の経過後、制御装置２１は、トークンを初期化する（ステップＳ１０７）。すなわち、総発電量は「０」にリセットし、総電力消費量は次の制御期間に対応する値に更新する。
【００３７】
次いで、制御装置２１は、次段の家庭２の制御装置２１にトークンを送信する（ステップＳ１０８）。
【００３８】
また、全くの初回にトークンを送信する場合には、ステップＳ１０７から処理を開始するものとする。なお、トークンを初期化した後に、ステップＳ１０２から処理を開始するようにしてもよい。
【００３９】
グループ内をトークンが一巡しても総電力消費量を総発電量でカバーできない場合は、一般的には電力会社から電力を購入することになる。
【００４０】
図８は上記の第１の実施形態の処理例を示す図である。
【００４１】
図８において、家庭２Ａの発電装置２３Ａが前の制御期間において発電がＯＮであったとすると、発電時間の経過により、制御装置２１Ａは発電装置２３Ａの次の発電期間における発電をＯＦＦにする（ステップＳ１）。
【００４２】
そして、家庭２Ａの制御装置２１Ａは、次段の家庭２Ｂの制御装置２１Ｂに初期化したトークンを送信する（ステップＳ２）。ここでは、総発電量は「０」にリセットされており、電力価格は「３０」、総電力消費量は「１５０」としている。
【００４３】
次いで、トークンを受信した家庭２Ｂの制御装置２１Ｂは、総発電量「０」が総電力消費量「１５０」を満たしておらず、自己の発電量を「１００」とすると、発電しても総電力消費量「１５０」を超えることとはならないため、発電コストの観点から有利と判断したとして、発電装置２３Ｂの発電をＯＮにする（ステップＳ３）。
【００４４】
そして、家庭２Ｂの制御装置２１Ｂは、トークンの総発電量を更新して「１００」とし、次段の家庭２Ｃの制御装置２１Ｃに更新したトークンを送信する（ステップＳ４）。
【００４５】
次いで、トークンを受信した家庭２Ｃの制御装置２１Ｃは、総発電量「１００」が総電力消費量「１５０」を満たしておらず、自己の発電量を「１００」とすると、発電することで総電力消費量「１５０」を超えてしまうため、発電はしないものとし（ステップＳ５）、総発電量が総電力消費量を満たしたとして所定時間の待機に入る。
【００４６】
所定時間の経過後、家庭２Ｃの制御装置２１Ｃは、次段の家庭２Ａの制御装置２１Ａに初期化したトークンを送信する（ステップＳ６）。ここでは、総発電量は「０」にリセットされており、電力価格と総電力消費量は変化なしとしている。
【００４７】
図９は上記の実施形態の効果を確認するためのシミュレーション結果を示す図である。条件として、家庭数を５００、ＣＨＰ普及率を６５％、ＬＰガスによる発電、発電量を０．８〜２ｋＷ、最低連続運転時間を３０分とした。
【００４８】
図９において、菱形の点でプロットした曲線は需要（総電力消費量）であり、黒く塗りつぶした曲線は本実施形態を適用しない場合の発電量であり、四角の点でプロットした曲線は本実施形態による発電量である。
【００４９】
ａ１、ａ２で囲った部分では、従来は需要を超えた発電が行われ、それらは廃棄電力となっていたが、本実施形態によればそのような廃棄電力がなくなり、廃棄電力量が１／３０に削減されることが確認できた。また、電力が必要なタイミングにおけるａ３、ａ４の部分での発電が行われたため、トータルとして有効発電量が２０％増加することが確認できた。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態は、トークンが一巡しても総発電量が総電力消費量を満たせない場合に、電力価格を変更することで発電を促進させるようにしたものである。
【００５１】
図１０は第２の実施形態における制御装置２１の処理例を示すフローチャートである。なお、システム構成は図４および図５に示したのと同様であり、トークンに含まれる情報は図６に示したのと同様である。
【００５２】
図１０において、前段からのトークンの受信（ステップＳ２０１）の後に、トークンが一巡したか否か判断し（ステップＳ２０２）、一巡したと判断した場合（ステップＳ２０２のＹｅｓ）に、電力価格を、電力会社から購入する電力料金を上限に、ΔＰ加算するようにしている（ステップＳ２０２）。ΔＰは、電力価格を増加する刻み値であり、例えば、１円とか２円とかという値である。その他の処理は、図７に示したものと同様である。なお、トークンの受信直後に電力価格を上昇させることに代え、次段へのトークンの送信前に電力価格を上昇させるようにしてもよい。
【００５３】
このような処理により、電力会社よりも安いコストで電力を購入できる可能性が高くなる。
【００５４】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態は、廃棄電力量を削減するとともに有効発電量を増大させる上述した実施形態の基本的な機能を維持しつつ、ダイナミックプライシングを積極的に導入することで、発電と電力消費をより円滑に制御するようにしたものである。
【００５５】
図１１は第３の実施形態におけるトークンに含まれる情報の例を示す図であり、電力価格として、ユーザが電力を買う購入価格と電力を売る販売価格を明示している。また、トークンには、総発電量と総電力消費量が含まれている。電力の購入と販売は、電力会社とユーザの間だけでなく、ユーザ間でも行われる。
【００５６】
購入価格をＰｂｕｙ、販売価格をＰｓｅｌｌ、総発電量をＧ、総電力消費量をＥとする。購入価格Ｐｂｕｙと販売価格Ｐｓｅｌｌの間には、
Ｐｂｕｙ≧Ｐｓｅｌｌ
の関係がある。総発電量Ｇ、総電力消費量Ｅは、
Ｇ＝  ΣＧｉ
Ｅ＝  ΣＥｉ
で表せる。ｉは各ユーザである。トークンに記載されて巡回している総発電量Ｇは、ユーザｉの発電量Ｇｉの申告値の積分であり、総電力消費量Ｅもユーザｉの電力必要量Ｅｉの申告値の積分である。
【００５７】
各ユーザは、分散的にこのトークンに対して電力必要量Ｅｉとして記入している。しかし、購入価格Ｐｂｕｙが高くなると節電をして、電力必要量Ｅｉを減少させることもする。一方、販売価格Ｐｓｅｌｌが高いと、発電をするモティベーションがわき、発電量Ｇｉを申告しながら発電をする。
【００５８】
しかし、総発電量Ｇが総電力消費量Ｅを超えると販売価格Ｐｓｅｌｌはゼロとなり、発電しても使用するユーザがいないことを意味する。しかし、販売価格Ｐｓｅｌｌの低下は購入価格Ｐｂｕｙの低下にもつながり需要が大きくなる。
【００５９】
このように繰り返しトークンを巡回させることにより、需要と供給が最適な売電と買電のコストをネゴシエーションすることができる。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態は、複数のグループに対して異なる電力消費量の目的値を与えることにより、電力消費のピークをずらして平坦化を行えるようにしたものである。
【００６１】
図１２は第４の実施形態にかかるシステムの構成例を示す図であり、対象となるエリア内の複数のグループＧ１〜Ｇ５を管理するエリアブローカ５が設けられている。グループは論理的なものであっても地理的なものであってもかまわない。各グループＧ１〜Ｇ５の構成は図４および図５に示したのと同様である。トークンは、図６に示したものでも、図１１に示したものでもよい。
【００６２】
エリアを制御するエリアブローカ５は、各グループＧ１〜Ｇ５に対して図１３に示すような一定時間の需要を目的値（目的曲線、目的関数）として与える。目的値とは、各時間ごとの目標とすべき発電量ないしは電力使用量である。
【００６３】
各グループＧ１〜Ｇ５に属する家庭２の制御装置２１は、目的値と総電力消費量が一致するように、電気機器２２による電力使用のタイミング調整を行なう。すなわち、シフト可能な需要（例えば、朝の○○時までに完了すればよい乾燥機の使用等）があれば使用開始時のシフトを行なう。あるいは、強制的に電力供給を遮断する。
【００６４】
目的値として、グループごとにピークをずらすことで、複数のグループの電力消費のピークがずれ、エリア全体として需要をなめらかにコントロールすることができる。
【００６５】
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態は、第４の実施形態における目的値の決め方に工夫を加えたものである。
【００６６】
図１４（ａ）に示すように、エリアブローカ５は各グループの時刻：６時、７時、８時においてシフト可能な需要を知っているとする。図示の例では、グループＧ１では９００ｋｗ、グループＧ２では８００ｋｗがシフト可能である。
【００６７】
時刻：９時での目的値を４００ｋｗとすると、図１４（ｂ）に示すように、シフト可能な需要による重みをかけて按分することにより、グループＧ１には
４００ｋｗ×９００ｋｗ／（９００＋８００ｋｗ）
グループＧ２には
４００ｋｗ×８００ｋｗ／（９００＋８００ｋｗ）
を目的値として与える。
【００６８】
つまり、シフトのしやすさを考慮して目的値を調整し、複数のグループを全体として制御することができる。
【００６９】
＜総括＞
以上説明したように、本実施形態によれば、分散協調制御により、各家庭における発電量と電力消費量を適切に制御することができる。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【符号の説明】
【００７１】
１                        スマートグリッドネットワーク
１１〜１Ｎ                ヴァーチャルネットワーク
２、２Ａ〜２Ｃ            家庭
２１、２１Ａ〜２１Ｃ      制御装置
２１１                    情報表示部
２１２                    情報入力部
２１３                    需要管理部
２１４                    発電管理部
２１５                    トークン受信部
２１６                    トークン更新部
２１７                    トークン送信部
２２、２２Ａ〜２２Ｃ      電気機器
２３、２３Ａ〜２３Ｃ      発電装置
３                        通信経路
４                        グループ管理サーバ
５                        エリアブローカ
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
2014220952.tif 000009
【図１２】
2014220952.tif 000010
【図１３】
2014220952.tif 000011
【図１】
2014220952.tif 000012
【図２】
2014220952.tif 000013
【図３】
2014220952.tif 000014
【図９】
2014220952.tif 000015
【図１４】
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