(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の売電事業者の中から電力を購入し、任意の数の電力需要家へ購入した電力を配分する電力供給制御装置において、
前記複数の売電事業者の中から所定のルールに従って購入する売電事業者及び電力量を決定する電力購入決定装置と、前記電力購入決定装置により決定した電力を前記各電力需要家へ送電する需要制御装置とを備え、前記電力購入決定装置は、需要家が受電する電力について品質を示す定量的指標を定め、前記電力について品質を示す定量的指標において個々の需要家に対してあらかじめ定められた品質が維持できる範囲で購入する電力量を決定する電力供給制御装置。
【請求項２】
請求項１の電力供給制御装置において、
前記電力需要家の電力消費設備の稼働状態と消費電力を測定する測定装置を備え、前記需要制御装置は、予め想定した需要家の消費電力と実際の消費電力とに差異がある場合は、電力貯蔵装置を用いて差異を補償する電力供給制御装置。
【請求項３】
請求項２の電力供給制御装置において、
前記需要制御装置は、前記測定装置により予め想定した需要家の消費電力と実際の消費電力とに差異があると測定された場合には、需要家への送配電設備との間に直列に挿入された開閉器の開閉動作を行うことにより各需要家への送電電力を変化させる電力供給制御装置。
【請求項４】
請求項３の電力供給制御装置において、
前記電力購入最適化装置は、需要家が受電する電力について品質を示す定量的指標を定め、前記電力品質指標において個々の需要家に対してあらかじめ定められた品質が維持できる範囲で個々の電力需要家へ送電する電力を変化させる電力供給制御装置。
【請求項５】
請求項４の電力供給制御装置において、
各需要家が現時点および将来時点において消費する電力量を予測する需要予測装置を備え、前記電力購入決定装置は、前記需要予測装置で予測した電力需要を元に将来時点で購入する電力量を決定する電力供給制御装置。
【請求項６】
請求項５の電力供給制御装置において、
個々の需要家と結んでいる電力供給契約を記憶する供給契約条件データベースと、個々の売電業者と結んでいる電力購入契約を記憶する電力購入契約条件データベースを備え、
前記需要制御装置は、各時点において各需要家への電力供給量の総和が前記電力購入契約条件に違反する場合に、需要制御装置は各需要家への最低限の電力品質を維持する範囲で需要家の電力消費を制御する電力供給制御装置。
【請求項７】
請求項６の電力供給制御装置において、
前記需要制御装置は、各時点において各需要家への電力供給量の総和が前記売電契約条件に違反する場合に、前記電力貯蔵装置を用いて売電契約の違反量を低減する電力供給制御装置。
【請求項８】
請求項７の電力供給制御装置において、
前記需要制御装置は、前記電力貯蔵装置を用いても売買契約の違反が解消されない場合は、各需要家への最低限の電力品質を維持する範囲で需要家の電力消費を制御する電力供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力系統の制御システムに係り、特に複数の売電業者から電力を購入し、複数の需要家に対し最適な電力を供給する電力供給制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統を調整して供給する従来技術として特開平７−１４３６７０  号公報に記載されている空気調和機を含む電力負荷が接続された電力系統で使用電力値が契約電力値を超過しそうになった場合に、電力の使用を制限するデマンド制限装置がある。本従来技術では、超過電力に合わせて空気調和機の運転内容を変化させ、快適性を損なわない負荷制御を実施するというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、需要側としてあくまでも一需要家のみを考えた場合の負荷制御であり、制御対象も快適性を考慮するという目的における空気調和機のみを対象としたものである。
【０００４】
一方、負荷抑制をすることにより電力需要を抑制することが目的の負荷平準化の観点から見れば、複数の需要家をまとめて協調制御した方が全体としてより最適な負荷制御が実現できる。例えば、需要家間で必要な電力量を内部調整することができれば共同購入する電力量を低減することができるはずである。このような協調制御は、上記従来技術では実現できていない。
【０００５】
電力の需要家の立場から見ると、上記従来技術は、特定の１つの売電事業者  （電力供給事業者）により電力が供給されることを前提としており、複数の売電業者が存在した場合に、どの売電業者から電力を購入するかといった選択をすることはできない。この点については、個々の需要家がそれぞれ独立に売電業者を選択するといったシステムを構築するのは困難であるという問題がある。尚、本明細書でいう売電業者とは、発電事業者，送電事業者，配電事業者などの電力を売ることを事業者を総称している。また、電力貯蔵装置を有して蓄えた電力を売買する事業者も含める。
【０００６】
本発明の目的は、需要家に対して個別に行っていた負荷制御を需要家全体の協調制御が行い、また電力供給を行う複数の発電業者が存在した場合に最適な売電事業者を選択するような電力供給制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、電力供給制御装置を、複数の売電事業者の中から電力を購入し、任意の数の電力需要家へ購入した電力を配分する電力供給制御装置において、複数の売電事業者の中から所定のルールに従って購入する売電事業者及び電力量を決定する電力購入決定装置と、電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、電力購入決定装置により決定した電力と電力貯蔵装置が発生または吸収する電力を合成して前記各電力需要家へ送電する需要制御装置を備える構成とする。尚、本発明での電力供給制御装置は以下の実施例ではコミュニティパワープールと称して説明している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を説明する。図１は本発明の概要を示したものである。コミュニティパワープール１０２は、任意の数の売電事業者１０１−ａ〜１０１−ｎと任意の数の需要家１０３−ａ〜１０３−ｍの間に位置し、送配電設備１１１により電力を購入し、送配電設備１１３により需要家へ電力を供給する。コミュニティパワープール１０２は、どの売電事業者からどれだけ電力を購入すべきか決定する電力購入決定装置１０６と、購入した電力をどの需要家にどのように配分すべきか決定する需要制御装置１０７を備えている。通信設備１２１は、コミュニティパワープール制御装置から売電事業者への購入電力量の通信、あるいは発電事業者が売電する際の電力価格、あるいは電力売買の意志伝達に関する情報のやり取りを行うものであり、売電事業者、コミュニティパワープール共に図示しない通信装置を備えている。尚、通信設備１２１は、コミュニティパワープール制御装置から売電事業者への購入電力量の通信、あるいは発電事業者が売電する際の電力価格、あるいは電力売買の意志伝達に関する情報のやり取りを行い、また、通信設備１２２は需要家側に設置されている需要家内の各設備毎の電力使用量を一定周期毎にコミュニティパワープール制御装置に送信する、あるいはコミュニティパワープール制御装置にて今後数時間先に提供する電力の料金単価を需要家に伝える、あるいは現状の電力使用料金をさらに安くするために需要家側が行うべきガイダンス等を通信するために用いる。
【０００９】
売電事業者から購入される電力は、各需要家とコミュニティパワープールとの契約に基づき電力購入決定装置１０６で決定される。電力購入決定装置１０６で利用される目的関数には様々なものが考えられるが本実施例では、電力料金最小化の例を示すことにより説明する。
【００１０】
売電事業者１０１から購入される電力は、各需要家とコミュニティパワープール１０２との契約によって電力購入決定装置１０６で決定される。一旦購入すべき電力量が決定されると、各売電業者が提供する電力料金の各種メニューの中から目的関数が最小になるように購入すべき電力量と購入先を決定する。目的関数の例としては電力料金最小化が代表的なものである。電力貯蔵装置１０８は、有効電力または無効電力、もしくは両者の吸収又は発生ができるものである。電力貯蔵装置１０８が吸収する又は発生する電力と、購入した電力と合計が需要家へ送電される電力となる。
【００１１】
一旦購入された電力は、需要制御装置１０７を介して各需要家へ配分される。配分にあたっては、あらかじめ目的関数を設定して最適な配分を行う。配分の目的関数にはやはり様々なものが有るが、単純なものでは単に過電流を防止するものから、配分される電力に品質と言う指標を設け、契約に反しない限り、品質を下げることにより電力料金を低減する方法もある。
【００１２】
需要制御装置１０７の実現方法としては様々なものがあるが、通常のデマンドサイドマネージメントで利用される個別負荷のオンオフ制御の他に需要家との間に並列的に電力貯蔵装置を設ける手法もある。電力貯蔵装置１０８は、有効電力または無効電力、もしくは両者の出し入れができるものである。無効電力だけの出し入れを行う場合は調相設備と同様であり、需要家へ供給する電圧を制御することができる。有効電力をも制御する場合は購入した電力に過不足がある場合の調整装置として動作する。更に瞬停などがあった場合は非常用の電源として動作し、また、高調波を抑制するアクティブフィルタ機能を付加すれば電力品質改善装置として動作させることが可能である。
【００１３】
図２は電力購入決定装置１０６の構成を示したものである。電力購入決定装置１０６は契約条件データベース２０９と、購入電力量決定装置２０２と電力発注装置２０３とから構成される。契約条件データベース２０９には、売電事業者から提供される時間別電気料金テーブル２１１と各需要家の受電契約テーブル２１２  が含まれる。購入電力量決定装置２０２は需要家契約を元に購入する電力量を決定する。この実施例の受電契約では各需要家の受電はアンペア契約もしくはキロワット契約であるので、これらの値から最大需要電力を算出し、これと各売電業者が提供する電力料金の時間別料金テーブルを参照しつつ電気料金が最小になるように購入すべき購入先を決定する。決定された購入電力は電力発注装置２０３を介して各売電事業者へ電力を発注する。なお、ここでは単純な時間別料金精度や受電のアンペア契約の例を示したが、これらの契約内容は様々なものが有り得る。
【００１４】
需要家の中には一般家庭として１００Ｖや２００Ｖの一般電灯料金で受電する場合も有り得るし、６ｋＶの業務用電力として受電する場合も有り得る。コミュニティパワープールでは必要に応じて変圧器を設置し受電した電力の電圧を変更する。図３はその一例であり、売電事業者からの送配電の電圧階級が異なっていれば必要に応じてコミュニティパワープール内で電圧を変換し、需要家のニーズに合わせて供給電圧を変更する。なお、図３の電圧階級はあくまでも例であり、需要家の受電電圧がすべて同一ならこのような変電設備が不要なことは言うまでもない。
【００１５】
一旦購入された電力は、コミュニティパワープール受電用母線１３０を介して各需要家へ配分される。需要制御装置１０７は各需要家へ配分する電力を制御する。配分する実現手段方法は後述する。
【００１６】
配分最適化の目的関数として図４に示す消費電力上限違反を例に示す。
【００１７】
図４においては、各需要家の消費予定電力の時間変化を示したものである。図４においてはＡの消費電力が１３時から１４時の間、消費電力上限を超過することが予定されているが、全需要家の総和量では上限を超過しない場合を考える。需要家Ａだけに着目すれば、超過が発生する１３時から１４時の間、需要家Ａへの電力配分を需要制御装置１０７により削減する必要が有る。一方、全需要家の消費電力の観点からは、個別の需要家を制御する必要は無い。そのため、全体の消費電力上限違反量を目的関数としている場合は、需要家への制御は発生しない。これに対し、全需要家消費電力が上限を超過する場合は、各需要家の受電契約に基づき、各需要家への配分を削減する。この削減は等分配分しても良いし、時間分割的に順次各需要家への送電を一時停止する方法でも良い。
【００１８】
図５は需要制御装置１０７の一実現方法を示したものである。図５の例では各需要家の個別負荷の入り切りを実施することにより各需要家の消費電力を削減する方法と、個別の負荷の動作指令値を変更することにより消費電力を削減する方法を示している。後者の方法はたとえばエアコンディショナの設定温度の変更や、消費電力目標値の変更などが具体例である。
【００１９】
図６は需要制御装置１０７の別の実現方法を示したものである。図６の例ではコミュニティパワープールの受電用母線から各需要家の間に半導体スイッチを直列に挿入するものである。この例ではサイリスタの逆並列接続構成によるスイッチを示しているが、この構成により、半サイクル単位で需要家へ送電をオンオフできる。なお、この直列スイッチはこの例に限定されるものではなく、たとえば、インバータを用いて交流−直流−交流変換する回路を採用すれば、需要家への電力供給を停止することなく、供給電力を変更できる。
【００２０】
図７は需要制御装置１０７の別な実現方法を示したものである。図７の例ではコミュニティパワープールの受電用母線１３０へ並列に電力貯蔵装置１０８を設ける方法である。電力貯蔵装置１０８は、有効電力または無効電力、もしくは両者の出し入れができるものである。この例ではインバータ制御により、自由に電力の出し入れが可能である。インバータによる構成では、有効電力と無効電力を独立して制御することが可能である。無効電力だけの出し入れを行う場合はＳＶＣ  などの調相設備と同様であり、需要家へ供給する電圧を制御することができる。有効電力をも制御する場合は購入した電力に過不足がある場合の調整装置として動作する。更に瞬停などがあった場合は非常用の電源として動作し、また、高調波を抑制するアクティブフィルタ機能を付加すれば電力品質改善装置として動作させることが可能である。
【００２１】
本実施例によれば、各需要家が必要な電力を共同購入するとともに、需要家間の内部調整を行いながら電力を配分するため、全体として購入する電力量を低減するとともに、電気料金の削減を計ることができる。また、個別の需要家の電力量が例え契約上の条件を超過したとしても、需要家全体の需要が超過しない限り、負荷の制限を行わないので、電力供給の中断が発生しない効果がある。また、需要制御装置として電力貯蔵装置を用いることで、購入した電力に過不足がある場合や瞬停などがあった場合は非常用の電源として動作するため、電力供給の信頼度を増すことができる。更にインバータ制御回路に高調波を抑制するアクティブフィルタ機能を付加すれば需要家へ配分する電力の品質改善装置として動作させることが可能である。
【００２２】
次に電力購入決定装置１０６の詳細について図８を用いて説明する。電力購入決定装置１０６は需要家の電力使用量、エアコンに代表される需要家内の各電力消費機器毎の電力使用量を通信網１２２より、並びに発電業者が提示する可能電力供給量，電力売買単価，供給可能時間に代表される発電業者からの情報を通信網１２１を通じて収集する情報収集装置２０１，情報収集装置２０１により収集された情報を記憶する履歴データベース２０４，情報収集装置２０１から収集した現状の電力需要量、あるいは履歴データベース中の電力需要量情報をもとに、電力品質データベース２０５中の各需要家毎の電力品質に関する契約条件をもとに周波数，電圧，高調波発生率に代表される需要家の電力品質を変更し、かつ需要家の電力消費量を変更して実際に購入すべき最適な電力量とその購入先を算出する購入電力量決定装置２０２、前記した変更後の需要家の電力消費量の情報を記憶する送電量データベース２０６，購入電力量決定装置２０２にて決定した購入する電力量をもとに、各発電業者に電力を発注する電力発注装置２０３から構成されている。
【００２３】
次に図８中の各データベース中に格納されているデータの一例について図９を用いて説明する。９０１〜９０３は履歴データベース２０４に格納されているデータの一例である。データは需要家毎に各時刻において需要家内の電力消費設備、たとえばエアコン需要，電灯需要毎の電力消費量を記録している。尚、９０１は需要家Ａの履歴、９０２，９０３は需要家Ｂ，Ｃの履歴であり、これらは需要家内の総需要についても記録している。９０１に示す形式のデータを一定期間蓄積する。また、９０４は電力品質データベース２０５のデータ格納の一例である。この例では電力消費を少なくするための電圧基準値に関する契約の一例、電力料金に関する契約の一例について示す。たとえば需要家Ａの場合は一般的に電力消費が多い昼間にはある程度電圧を下げ、品質を下げる代りに電力使用料金を減少させてもよいとの契約、さらに昼間帯よりも夜間に電力を多く消費することから、電力料金の安価な夜間料金契約を結んでいる一例を示す。一方需要家Ｂの場合は、電力を多く使う昼間には品質の高い電力を供給し、一日を通じて通常料金を支払って常に品質の高い電力の供給を受ける契約の一例である。また、９０５は送電量データベース２０６の例である。この例では、各需要家ごとに、購入電力量決定装置２０２にて決定したある期間内に送電する電力量を開始時刻，終了時刻，送電量の順に記録している例を示している。
【００２４】
次に図８中の各装置について詳細に説明する。情報収集装置２０１は通信網  １２１，１２２を通じて複数の発電業者の発電単価，発電可能量に代表される情報，複数の需要家の電力消費設備の稼働状況と消費電力量に代表される情報を収集する。これらの情報は履歴データベース２０４にて格納される。
【００２５】
次に購入電力量決定装置２０２の詳細について図１０を用いて説明する。購入電力量決定装置２０２は需要家の電力品質と、発電業者の送電量との相関関係を算出する電力品質相関係数算出装置１００１，電力品質相関係数算出装置１００１での計算結果を格納する事業者・需要家間の電力品質相関データベース１００３，この電力品質相関データベース１００３と需要家との契約によって定められた品質の制約に関するデータを格納する電力品質制約条件データベース１００４，事業者・需要者間の電力品質相関データベース１００３，電力品質制約条件データベース１００４の情報から各需要家別の最低限の電力品質を満足し、かつ安価な電力を供給するために情報収集装置２０１から得られた各需要家の要求需要量の総和を補正する各需要家別送電量決定装置１００２から構成される。まず、電力品質相関係数算出装置１００１では図１１中の１１０１に一例を示す電圧滞在率と発電業者から電力の供給を受けた場合の関係を表す係数表を求める。表１１０１は縦軸が需要家、横軸が電力の供給を行った発電業者で、表中の○で示した数値には発電業者が送電した電力が各需要家の電力品質に対する寄与度を示す感度係数を表している。表１１０１では電圧滞在率を指標とした一例を示したが、電圧滞在率以外にも、高調波発生率，周波数平均値に代表される系統信頼度指標を用いても構わない。なお、これら複数の指標に対して個別に１１０１に示した感度表を作成しても、複数の指標に対して一つの感度表を作成しても構わない。また、表１１０１は発電業者が送電する電力量についての感度表であったが、発電業者の発電設備の端子電圧の値と各需要家間の電圧滞在率との関係を求めることも可能である。
【００２６】
次に電力品質制約条件データベース１００４に対するデータ格納の一例を１１０２に示す。これは前記した電力品質制約条件データベース２０５とほぼ同様である。表１１０２には各需要家毎の電力品質に関する制約条件を示したが、コミュニティーパワープール１０２が接続している各需要家に電力を送りだす変電所母線の電気量に関する電力品質制約条件に置き換えることも可能である。表１１０２中の各グラフは横軸が一日の時刻を表し、縦軸が各指標の値を示し、塗りつぶしの部分が各指標の値が存在すべき範囲の一例を示している。なお、このような制約条件は一年を通じて同じではなく、各季節，曜日毎に異なった制約パターンを持つことも可能である。
【００２７】
次に、電力品質相関係数算出装置１００１の行う処理について図１２を用いて説明する。本実施例では各売電事業者が需要家の電力品質に及ぼす影響は線形近似可能であるとの仮定を設けて以下説明する。この関係を以下の（数１）にてモデル化する。
【００２８】
【数１】
Ｑｕａｌｉｔｙｉ＝ａｉ１ｘ１＋ａｉ２ｘ２＋…＋ａｉｎｘｎ …（数１）
ただし
Ｑｕａｌｉｔｙｉ ：需要家ｉに対する電力品質指標
ａｉｎ ：需要家ｉの電力品質と発電業者ｎとの品質相関係数
ｘｎ  ：発電業者
ｎ            ：対象とする発電業者の数
ｉ＝１，…，ｍ：需要家の番号
ｍ            ：需要家の数
尚、本実施例では計算をある程度の精度で高速に計算を行うために（数１）の様に線形近似した定式化を行ったが、計算を精密に行うために複雑な非線形方程式を用いることも可能である。処理１２０１では履歴データベース２０４から収集した一定期間過去の各需要家の電力品質指標、たとえば電圧滞在率，高調波発生率等とその際にコミュニティーパワープールコントローラーが購入していた先の売電事業者とその購入量のデータを以下の（数２）に代入する。
【００２９】
【数２】
Ｆ＝ｇ（Ｐ，Ｖ）
ただし
ｇ：関数
Ｆ＝（Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｍ）
Ｐ＝（Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｎ）
Ｖ＝（Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎ）
Ｆｉ：需要家ｉの電力品質指標            ｉ＝１，…，ｍ
Ｐｉ：発電業者ｊが供給する電力量        ｊ＝１…ｎ
Ｖｉ：発電業者ｊの発電設備の端子電圧値  ｊ＝１…ｎ
ここでの一定期間過去とは一週間程度で十分であるが、地域の負荷変動の傾向によってはそれ以上の期間、あるいはそれ以下の期間の履歴データを読み込むようにすることも可能である。次に処理１２０２において１２０１で収集したデータをもとに最小二乗法を用いて各需要家の電力品質に及ぼす発電業者との相関関係を求める。尚、最小二乗法を用いた相関関係算出方法は、河口至商著，多変量解析入門Ｉ，ＩＩ．森北出版，１９７３．の文献に詳細に記述があるのでここでは詳述しない。尚、ここで算出されたものが前述した図１１の○○に入る。
【００３０】
処理１２０２にて算出した相関関係を処理１２０３にて事業者・需要家間の電力品質相関データベース１００３に格納する。なお、処理１２０２では、電力品質指標を複数仮定している場合には、図１２の処理を各指標ごとに複数回実施する必要がある。また、相関関係を求める際に、以上の実施例では売電事業者が送電する電力量と売電事業者に対する相関係数を求めたが、売電事業者の設備の電圧値と需要家の電力品質指標を求めることも可能である。
【００３１】
次に各需要家別送電量決定装置１００２の行う処理について図１３を用いて説明する。各需要家別送電量決定装置１００２の目的は電力品質係数算出装置で求めた発電業者と各需要家間の電力品質相関係数をもとに、需要家が必要とする需要量を、各需要家における前記した契約に基づく最低限の信頼度を満足する電力送電量に補正することである。前述した予想需要量より補正した電力送電量の方が少なければ、コミュニティーパワープール全体で購入する電力が少なくなり、全体としての電力コストも低減する効果がある。処理の一例としては、まず処理１３０１にて以下の（数３）に示すように需要家の電力品質と発電業者が供給する電力量と発電業者の設備の端子電圧値を定式化し、この式をもとに、各需要家別送電量決定装置１００２での目的である各需要家における前記した契約に基づく最低限の信頼度を満足する電力送電量に補正するために、（数３）の目的関数を設定する。
【００３２】
【数３】
0003591300.tif 000002
【００３３】
尚、（数３）を解く際の制約条件は前記した電力品質制約条件データベース  １００４中の値を各時刻の制約条件とする。（数４）の関数が線形近似可能であるとの仮定であるから、線形計画法を用いて（数３）を解くためには（数２）を微分して（数４）のようにして各需要家の電力品質の変化量と、各売電事業者の供給する電力量の変化分あるいは売電事業者の設備端子電圧の変化分との線形関係を求める。
【００３４】
【数４】
0003591300.tif 000003
【００３５】
この（数４）が最終的に各需要家に配分する電力量を決定することになる。  （数４）中の感度係数は、電力品質相関係数算出装置１００１で求めてあり、事業者・需要家間の電力品質相関データベース１００３中に格納されているため、これらの情報を用いて処理１３０１での線形計画法を解くための係数行列を作成する。この結果をもとに処理１３０２にてシンプレックス法を用いて解を求める。処理１３０３にて処理１３０２にて解が存在しないと判定された場合には処理９０４にて電力品質制約条件データベース１００４中の制約条件を緩和する。この緩和のステップはあらかじめ決めておく。たとえば１回につきもとの制約条件幅の５％を緩和するというように。処理１３０３にて解が存在すると判定された場合には処理１３０５にて該結果を送電量データベース２０６に格納し、電力発注装置２０３での処理に移る。
【００３６】
電力発注装置２０３では通信網１２１を通じて各売電事業者に送電量データベース２０６中の該当時間に必要とする電力量を発注する。
【００３７】
次に需要制御装置１０７の詳細について図１４を用いて説明する。需要量制御装置１０７は設備制御決定装置１４０１，制御実行装置１４０２からなり、これらの装置には設備定数データベース１４０３，送電量データベース２０６，履歴データベース２０４，電力品質制約条件データベース１００４が付随する。設備定数データベース１４０３の例については後述する。なお、送電量データベース２０６，履歴データベース２０４については前記したとおりである。
【００３８】
次に需要制御装置１０７中の設備制御実行装置１４０１の詳細について図１５を用いて説明する。設備制御決定装置１４０１では電力購入決定装置１０６で決定した売電事業者から購入する電力を実際に系統中に流入させた場合に新たな設備運転のための制約違反の発生有無を検出し、制約違反が発生する可能性がある場合には事前に違反を解消するための制御を実施することを目的とする。処理  １５０１では電力購入後の電力系統の状態を算出する。ここでは設備定数データベース１４０３中の情報と、購入電力量決定装置２０２にて決定した発電業者から購入する電力量をもとに交流法潮流計算に代表されるアプリケーションソフトウエアを実施し、新たな電力品質に関する制約違反の発生の有無を検出する。交流法潮流計算を実施するためのデータは前記した設備定数データベース１４０３、すなわちコミュニティーパワープールが制御対象とする系統の送電線，変圧器に関する設備定数を示すものである。本実施例では各送電線，変圧器設備の抵抗分，誘導分，容量分，変圧器である場合はそのタップ比を接続する送電線の両端名称とともに格納する（図１６，１６０１）。図１６，１６０２は潮流計算を実施するための各負荷、すなわち需要家の受給条件を表している。受給条件の項目としては、各需要家がＩＰＰに代表される分散型電源が導入されている場合の発電機の有効電力，無効電力出力，各負荷における有効電力，無効電力の負荷，各負荷母線の電圧から構成される。
【００３９】
次に処理１５０２では対象とする系統内の信頼度指標を算出する。本処理では先に求めた購入電力計画で新たな電圧品質違反、並びに送電線過負荷の発生の有無を検出する。この検出方法は処理１５０１での潮流計算結果と、電力品質制約条件データベース１００４中の値と比較を行うことで算出される。処理１５０３にて新たな制約違反が検出されない場合にはそのまま終了する。制約違反が検出された場合には、制約違反を解消するための制御操作を算出する。具体的な制御違反解消操作算出方法の一例としては、文献、Ｂ．  Ｓｔｏｔｔ，  Ｅ．  Ｈｏｂｓｏｎ，  ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，  Ｉ，  ＩＩ．ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ＰＡＳ，  ９７（１９７８），  １７１３−１７３１．にて詳しく説明されている。
【００４０】
この文献に記載された方法をもとに制約違反解消操作を算出した際に、処理  １５０５にて違反解消操作が存在する場合には、算出された制約解消操作を処理１４０２にて実行する。制約違反解消操作が存在しない場合は再度装置２０２に戻り、該装置での処理を繰り返す。
【００４１】
図１７にコミュニティパワープール１０２の情報画面の一例を示す。１７０１はコミュニティパワープール１０２、あるいは需要家側に通信網１２２を介して設置されている情報端末の出力画面の一例である。１７０２は電力品質を変更することにより減少した電力量に関する情報、１７０３は現状の電力品質と電力品質を変更した後の電力品質の差異を表示する画面の一例である。１７０１に表示されている以外の情報、たとえば地域系統の周波数，電圧，高調波発生率も表示することが可能である。
【００４２】
以上に示した本発明のコミュニティパワープールにより、最低限の信頼度指標を満足し、かつ制御実行地域内での総需要量が最小となる電力需給制御を行うことが可能となる。
【００４３】
次に本発明によるコミュニティパワープールの第２の実施例について図１８を用いて説明する。図１８のコミュニティパワープール制御装置は第１の実施例と比較して各需要家が現時点、ならびに将来時点において消費する電力量を予測する需要量予測装置１８０２を設けた点が異なる。需要予測装置１８０２では履歴データベース２０４中の履歴データと、情報収集装置で収集した現在時点での需要データ、さらに気象予想データベース１８０３中の気象予想データをもとに将来時点での電力使用量を予測する。図２０中の２００１は気象予想データベース１８０３に格納されたデータの一例である。気象予想データベース１８０３では２００１に示すように各時刻毎の気象に関するデータ，天候，気温，湿度，日射量，風光，風力等のデータを格納している。
【００４４】
前記した電力需要量の予測の様子を図１９を用いて説明する。１９０１は需要変動の一例を示し、グラフは縦軸が需要量、横軸が時間を表している。予測する際の電力需要量は数分から数十分間隔で予測を行うため、図１９に示すように時間の変化に伴い、１９１１に示すように需要量の細かい変動が発生する。１９１１に示すような変動分までを予測することは意味がないため、現在時刻Ｔ１から一定範囲の期間の時刻Ｔ０間での移動平均値を算出し、この移動平均値に相当する需要量を本実施例では予測対象とする。移動平均を算出して修正した実績データの推移は図４中の太線となる。また、時刻Ｔ１での需要量予測結果は１９０２となる。
【００４５】
以上の方法で需要量を求める詳細を図２１を用いて説明する。処理２１０１にて予測時点Ｔを入力、あるいは設定されたデータベースより読み込む。そのデータをもとに、処理２１０２にてＴよりもＭ−Ｎ時点過去の需要履歴データＬ（ｉ）を読み込む。次に処理２１０３にてカウンタ変数ＴＴを初期化する。処理２１０４にてカウンタＴＴから過去Ｎ時点のデータをもとに時点ＴＴにおける需要量の移動平均値Ｌ′（ＴＴ）を求める。処理２１０５にて一時点次の時点にカウンタを更新し、カウンタがＴになるまで処理５０４以後を繰り返す。処理２１０６にてカウンタがＴとなったら処理２１０７にて以下の回帰式に、処理２１０２から２１０６にて求めた過去の需要量と、需要量に影響を及ぼす要因値を代入する。
【００４６】
【数５】
Ｌ′＝ａ１ｘ１＋ａ２ｘ２＋…＋ａｎｘｎ
ただし
ａｎ：回帰式の係数
ｘｎ：需要に影響を及ぼす要因
この結果をもとに、処理２１０８にて最小二乗法を用いて回帰係数ａｎを求め、時刻Ｔにおける予測式を求める。最後に処理２１０９にて気象予想データベース１８０３のデータをもとに時刻Ｔにおける需要量を予測する。
【００４７】
以上に示した本発明の第２の実施例のコミュニティパワープールにより、最低限の信頼度指標を満足し、かつ制御実行地域内での総需要量が最小となる電力需給制御を高精度に行うことが可能となる。
【００４８】
次に、本発明によるコミュニティパワープールの第３の実施例について説明する。本発明のコミュニティパワープールの第３の実施例は購入電力量最適化装置１０６にて、売電業者からの電力購入量を決定する際に、コミュニティパワープールが個々の需要家と結んでいる電力供給契約を記憶する供給契約条件データベース２２０１と、個々の売電業者と結んでいる電力購入契約を記憶する電力購入契約条件データベース２２０２を備え、これらの契約に基づいた電力購入量を決定する購入電力決定装置１２０２を備えたものである。第３の実施例中の電力購入量決定装置の詳細を図２２を用いて説明する。前記した供給契約条件データベース２２０１と電力購入契約条件データベース２２０２中のデータは各需要家別送電量決定装置１００２にて、前記契約条件をもとに各需要家別の送電量を決定する。これらのデータベース中に格納されているデータの一例を図２３に示す。２３０１はコミュニティパワープールが需要家と結ぶ契約の一例であり、コミュニティパワープールは各需要家ごとに電力量供給契約パターン，電気料金契約パターンに代表される契約をあらかじめ締結する。２３０２はコミュニティパワープールが発電業者と結ぶ契約のパターンの一例について示している。これも２３０１と同様に電力量購入契約パターン、あるいは電気料金契約パターンに代表される契約をコミュニティパワープールと売電事業者間であらかじめ締結する。次に、第３の実施例中の各需要家別送電量決定装置１００２中の処理の詳細について図２４を用いて説明する。処理２４０１では通信網を通じた需要家からの電力要求量の総和を求める。次に、各売電事業者の出力上下限和（コミュニティパワープールが購入することが可能な量）を求める。処理２４０３では処理２４０１と処理２４０２で求めた値を比較し、購入可能量が少ない場合は処理２４０５にてメッセージを出力し、需要制御装置１０７へ処理を引き継ぐ。
【００４９】
購入可能量が多い場合にはどこかの売電事業者からの電力供給を断る必要があるため、購入量の配分計算を行う。処理２００４にてすべての売電事業者が購入可能上下限値に等しい場合には処理２４０７にて購入量配分計算を行う。そうでない場合は、処理２４０６にてエラーメッセージを出力し、需要制御装置１０７へ処理を引き継ぐ。購入量配分計算処理２４０７では、文献、関根泰次，豊田淳一，林宗明，芹沢泰夫，長谷川淳著、電力系統工学．コロナ社、１９７９．に記載されている燃料コストを発電業者が提示している前記した電気契約料金パターンに置き換え計算を実行する経済負荷配分を使用する。この結果を処理２４０８に送り、出力上限を超過する売電事業者が存在するか否かを判定する。出力上限違反業者が存在する場合には、処理２４０９にて出力上限超過発電業者を上限値に貼り付け、購入対象から外し、出力再配分を継続するために、処理２４０４に戻る。そうでない場合には、出力下限値超過発電業者の有無を処理２４１０にて判定し、出力下限違反した売電事業者が存在する場合には、これまで上限貼り付きとなっていた売電事業者を配分対象として処理２４０４に戻る。そうでない場合は、出力定下限値内にすべての売電事業者が収まったことになるので本装置での処理を終了する。
【００５０】
次に本発明の第３の実施例における需要制御装置１０７について説明する。第３の実施例での需要制御装置１０７は図２５に示すように必要最低電力品質算出装置２７０１，設備制御決定装置１４０１，制御実行装置１４０２，設備定数データベース１４０３，送電量データベース２０６，履歴データベース２０４，電力品質制約条件データベース１００４から構成される。必要最低電力品質算出装置２５０１では、電力購入量最適化装置１０６にて処理２４０５，２４０６にてエラーメッセージが発生した場合に動作する。ここでは電力供給量の過不足分を品質に反映させ、供給電力量が少ない場合は、たとえば需要家の負荷電圧を下げることにより需要量を低減させる、あるいは供給電力量が過剰である場合は、需要家の負荷電圧を上昇させて需要家の需要量を増加させる。この限度を装置２５０１では算出し、この結果を電力品質制約条件データベース１００４に保存する。次に必要最低電力品質算出装置２５０１での処理の詳細を図２６を用いて説明する。まず、処理２６０１にて変化させる品質変化指標を設定する。次に処理２６０２にて、その変化させる刻み幅ｑを決定する。たとえば、変化させる品質指標を電圧とし、その刻み幅を１％とする、など。次に処理２６０３にて品質指標の初期値Ｑを設定する。この値をもとに、処理２６０４にて品質指標を変更するための制御機器の選択を行う。この選択方法は任意の種類の制御機器を手動でその機器と変更量を選択する、あるいは第１の実施例にて説明した最適化手法を用いて決定することも可能である。次に処理２６０５にて処理２６０４にて選択した制御機器を作動した場合のシミュレーションを実施し、その結果が妥当なものであるかを判定する。たとえば品質指標が電圧であった場合には図２７に示すように電圧−負荷増加曲線を制御実施前後にて２７０１，２７０２のように算出する。この際の最大負荷量の差２７０３があらかじめ決めた閾値、たとえば１０％以下であるような場合には、品質を下げても妥当であると判定し、それ以上の値であれば、品質を下げるには不適切であると判定する。この判断を処理２６０６にて実行し、品質をさらに変更する可能性がある場合には、処理２６０７にてさらに該品質を変更した場合の制御機器選択を実施する。そうでない場合には、１回前の制御結果にて得られた変更後の電力品質を電力品質制約条件データベースに格納する。
【００５１】
必要最低電力品質算出装置２５０１以後の処理、設備制御決定装置１４０１，制御実行装置１４０２は第２の実施例と同様である。
【００５２】
以上に示した本発明の第３の実施例におけるコミュニティパワープールを用いることにより、最低限の信頼度指標を満足し、かつ制御実行地域内での総需要量が最小となる電力需給制御を低コストで行うことが可能となる。
【００５３】
次に本発明の第４の実施例を図２８を用いて説明する。本実施例では、コミュニティパワープール内に分散型電源２８０１が設置されている実施例である。分散型電源からの供給電力は、一般的に発電事業者から購入するよりも安価であるため、より安価な電力供給が可能となる。コミュニティパワープールが所有する供給可能な分散型電源の発電量の総和を計算し、第２から第４の実施例中で、電力購入量最適化装置にて購入予定の発電量から分散型電源より供給可能な電力を差し引いた値を対象として需要制御装置にて需要家へ送電する電力を制御する。以上に示した本発明のコミュニティパワープール制御方法および装置の第４の実施例を用いることにより、最低限の信頼度指標を満足し、電力料金が安価な電力需給制御を行うことが可能となる。
【００５４】
以上のように本発明のコミュニティパワープール制御方法および装置では、需要家内の各電力消費機器毎の電力使用量と発電業者からの情報を収集する情報収集装置、情報収集装置から収集した現状の電力需要量をもとに、契約条件データベース中の各需要家毎の電力品質に関する契約条件をもとに周波数，電圧，高調波発生率に代表される需要家の電力品質を変更し、需要家の電力消費量を変更して実際に購入すべき最適な電力量とその購入先を算出する購入電力量決定装置と、前記購入電力量決定装置にて決定した購入する電力量を購入した際に、コミュニティパワープール制御装置が電力を供給対象とする需要家内で新たに前記契約条件データベース中の契約に違反する指標の有無を検出し、該違反があった場合にはコミュニティーパワープールが制御可能な設備を制御することにより、前記違反を解消することを目的とする設備制御指令装置、を備えた電力購入量決定装置、前記装置の購入電力量をもとに、各発電業者に最低限の電力品質を満たす電力を供給するための需要制御装置を有するので、最低限の電力品質指標を満足し、かつ制御実行地域内での総需要量が最小となり、電力料金が安価な電力需給制御を行うことが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の構成により、需要家に対して個別に行っていた負荷制御を需要家全体の協調制御が行い、また電力供給を行う複数の発電業者が存在した場合に最適な売電事業者を選択するような制御システムであるコミュニティパワープールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコミュニティパワープールの一構成例を表す図面である。
【図２】電力料金を考慮したコミュニティパワープールの一構成を示す図面である。
【図３】変電所におけるコミュニティパワープールの概念図である。
【図４】需要家における電力需要パターンの一例である。
【図５】需要制御装置が負荷制御を行う概念図である。
【図６】需要制御装置が直列機器を制御する概念図である。
【図７】需要制御装置が並列機器を制御する概念図である。
【図８】電力購入量決定装置の一実施例である。
【図９】各種データベースにおけるデータ保存の一例である。
【図１０】購入電力量決定装置の一実施例である。
【図１１】電圧滞在率，送電電力感度係数と電力品質制約の一例である。
【図１２】電力品質係数算出装置の一実施例である。
【図１３】各需要家別送電量決定装置の一実施例である。
【図１４】需要制御装置の一実施例である。
【図１５】設備制御実行装置の一例である。
【図１６】設備制御実行装置に用いるデータベースの格納例である。
【図１７】コミュニティパワープールにおける情報出力画面の一例である。
【図１８】購入電力量決定装置の第二の実施例である。
【図１９】需要家の需要カーブの一例である。
【図２０】気象情報データベースの一例である。
【図２１】需要予測方法の一例である。
【図２２】購入電力量決定装置の一例である。
【図２３】電力需給契約に関するデータベースの一例である。
【図２４】電力量配分アルゴリズムのフローチャートの一例である。
【図２５】需要制御装置の実施例である。
【図２６】最低電力品質算出のためのフローチャートの一例である。
【図２７】電力品質指標の一例である。
【図２８】コミュニティパワープールの一例である。
【符号の説明】
１０１…売電事業者、１０２…コミュニティパワープール、１０３…需要家、１０６…電力購入決定装置、１０７…需要制御装置、１０８…電力貯蔵装置、  １１１…売電事業者とコミュニティパワープールを接続する送電線、１１３…コミュニティパワープールと需要家を接続する送電線、１２１…売電事業者とコミュニティパワープールを接続する通信網、１２２…コミュニティパワープールと需要家を接続する通信網、１３０…受電用母線、２０２…購入電力量決定装置、２０３…電力発注装置、２１１…時間帯別料金テーブル、２１２…各需要家の受電契約テーブル、２０１…情報収集装置、２０４…履歴データベース、２０５…電力品質制約条件データベース、２０６…送電量データベース。
【図１】
0003591300.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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