(57)【要約】【課題】  複数の家庭のそれぞれが所有する蓄電装置の充電又は放電による電力を一括最適化して管理する電力管理システムを提供すること。【解決手段】  電力管理システム１０は、制御装置としての電力管理装置１８を備える。電力管理装置１８は、制御ユニット１８ａ、電力需要予測ユニット１８ｂ、太陽光発電予測ユニット１８ｃ及び車走行利用予測ユニット１８ｄを有する。ユニット１８ａは、ユニット１８ｂから消費量予測データ、ユニット１８ｃから発電量予測データ、及び、ユニット１８ｄから車利用予測データを読み込む。ユニット１８ａは、混合整数計画問題を用いて、前記各データから最適解を算出する。ユニット１８ａは、この算出した最適解の充電スケジュール（充放電最適計画）に従って集合住宅Ａ全体の設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充電又は放電による電力を一括して管理する【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の家庭にそれぞれ設けられて電力を消費する電力負荷と、
前記複数の家庭のそれぞれにより所有されていて、電力供給元から供給された電力を充電し、且つ、前記充電により蓄電した電力を放電する蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電及び放電による電力を管理する制御装置と、
を備えた電力管理システムにおいて、
前記複数の家庭のそれぞれにより所有される総ての蓄電装置は、
前記複数の家庭にそれぞれ設けられた前記電力負荷と電線を介して接続可能とされて、前記蓄電した電力を放電することにより前記電線を介して前記電力負荷に供給するように構成されており、
前記制御装置は、現在から予め定められた時間が経過するまでの予測期間にて、
前記複数の家庭全体により消費される消費電力の上限を制限し、且つ、前記複数の家庭全体による前記消費電力の増減に関連して増減する要素を用いた評価指標が所定の値となるように、前記総ての蓄電装置の充電及び放電による電力を一括して管理する、電力管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力管理システムにおいて、
少なくとも太陽光によって発電を行う発電装置を備え、
前記蓄電装置は、車両に搭載されて、前記電線に接続された場合において、前記電力供給元から供給された電力を充電し、且つ、前記充電により蓄電した電力を放電する車載蓄電装置を含んで構成されるものであり、
前記制御装置は、
前記予測期間における、前記複数の家庭全体の予測消費電力量の推移を示す消費量予測データ、前記発電装置の予測発電量の推移を示す発電量予測データ、及び、前記車両の利用を示す車利用予測データに基づいて、
前記予測期間における前記総ての蓄電装置の充電及び放電の推移を示す充放電最適計画を、前記評価指標が前記所定の値となるように、混合整数計画問題に定式化して算出し、
前記算出した充放電最適計画に従って、前記予測期間における前記総ての蓄電装置の充電及び放電の電力を一括して管理する、電力管理システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電力管理システムにおいて、
前記混合整数計画問題は、
前記総ての蓄電装置に蓄電されている電力の逆潮流を防ぐ制約条件、及び、前記複数の家庭全体により消費される消費電力の上限を制限する制約条件を含めて定式化される、電力管理システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の電力管理システムにおいて、
前記評価指標に用いられる前記要素は、
前記電力供給元から買電する買電価格及び前記電力供給元に売電する売電価格からなる電気料金、発電に伴って排出される二酸化炭素の排出量、及び、各家庭にて電力を利用する需要家による満足度を表す指数のうちの一つである、電力管理システム。
【請求項５】
請求項４に記載の電力管理システムにおいて、
前記要素が、前記電気料金及び前記二酸化炭素の排出量のうちの一方である場合、
前記所定の値は、前記評価指標の値が最小値になるように設定される、電力管理システム。
【請求項６】
請求項４に記載の電力管理システムにおいて、
前記要素が、前記需要家による満足度を表す指数である場合、
前記所定の値は、前記評価指標の値が最大値となるように設定される、電力管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置の充放電を制御して電力を管理する電力管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種のシステムの一つとして、例えば、電力供給システムが知られている（下記特許文献１を参照）。この従来のシステムでは、需要家が居住する単体の建物（単体の家庭）において、最適化された充放電スケジュールに従い、同建物の電力線に接続された据置型の蓄電池及び前記電力線に対して着脱可能な車載蓄電池の充放電電力を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２７２１４号公報
【発明の概要】
【０００４】
ところで、上記従来のシステムでは、家庭毎に自律分散的に最適化された充放電スケジュールに従い、蓄電装置の充電又は放電（以下、単に「充放電」とも称呼する。）が制御される。この場合、自律分散的に充放電スケジュールが決定されるので、複数の家庭の全体として、充放電による電力の上限を制限することが困難である。このため、複数の家庭において、同じ傾向を有する充放電スケジュールに従って蓄電装置の充放電が行われると、電力需給バランスに短期的な偏りが発生し、電力系統の安定制御に支障をきたす虞がある。
【０００５】
更に、家庭において、車載蓄電池（車載蓄電装置）に電力を蓄電しておき、この蓄電された電力を利用する場合がある。ところが、車載蓄電装置は、車両の利用に伴って家庭から離脱する。車載蓄電装置が離脱している状況では、電力が不足した場合であっても、車載蓄電装置の電力を利用することができない。この場合、家庭毎に自律分散的に充放電スケジュールが決定される状況では、電力が不足している家庭の存在を把握することができない。その結果、仮に他の家庭で車載蓄電装置を含む蓄電装置から放電可能であっても、電力が不足している家庭に電力を融通することができない。
【０００６】
本発明は、上記した問題に対処するためになされ、その目的の一つは、複数の家庭のそれぞれが所有する蓄電装置の充電又は放電による電力を一括最適化して管理する電力管理システムを提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明による電力管理システムは、電力負荷、蓄電装置及び制御装置を備える。前記電力負荷は、複数の家庭にそれぞれ設けられていて電力を消費する。前記蓄電装置は、前記複数の家庭のそれぞれにより所有されていて、電力供給元から供給された電力を充電し、且つ、前記充電により蓄電した電力を放電する。前記制御装置は、前記蓄電装置の充電及び放電による電力を管理する。
【０００８】
前記複数の家庭のそれぞれにより所有される総ての蓄電装置は、前記複数の家庭にそれぞれ設けられた前記電力負荷と電線を介して接続可能とされて、前記蓄電した電力を放電することにより前記電線を介して前記電力負荷に供給するように構成される。
【０００９】
前記制御装置は、現在から予め定められた時間が経過するまでの予測期間にて、前記複数の家庭全体により消費される消費電力の上限を制限し、且つ、前記複数の家庭全体による前記消費電力の増減に関連して増減する要素を用いた評価指標が所定の値となるように、前記総ての蓄電装置の充電及び放電による電力を一括して管理する。
【００１０】
この場合、前記評価指標に用いられる前記要素は、前記電力供給元から買電する買電価格及び前記電力供給元に売電する売電価格からなる電気料金、発電に伴って排出される二酸化炭素の排出量、及び、各家庭にて電力を利用する需要家による満足度を表す指数のうちの一つとすることができる。前記要素が、前記電気料金及び前記二酸化炭素の排出量のうちの一方である場合、前記所定の値は、前記評価指標の値が最小値になるように設定される。前記要素が、前記需要家による満足度を表す指数である場合、前記所定の値は、前記評価指標の値が最大値となるように設定される。
【００１１】
本発明によれば、複数の家庭全体を一つの集合（集団）としてまとめ、集合（集団）が消費する消費電力の上限を制限することができる。加えて、集合（集団）による消費電力の増減に関連して増減する要素を用いた評価指標が所定の値となる、具体的には、集合（集団）にとって有利となる（嬉しくなる）ように、総ての蓄電装置の充電又は放電による電力を一括して管理することができる。これにより、電力需給バランスの短期的な偏りが生じることを効果的に防止することができる。従って、電力系統の安定制御を維持することができる。
【００１２】
更に、本発明によれば、各家庭が所有する蓄電装置の総ては、各家庭における電力負荷に対して電力を供給することができる。これにより、制御装置は、複数の家庭全体である一つの集合（集団）の電力の需給に応じて、総ての蓄電装置の充電又は放電による電力を管理することができる。その結果、電力が不足する家庭に対して、蓄電装置の電力に余裕のある家庭から電力を融通することができる。従って、集合（集団）内部において、互いに電力を融通しあうことができるので、電力を効率良く利用することができる。
【００１３】
この態様の電力管理システムでは、少なくとも太陽光によって発電を行う発電装置を備えることができる。更に、前記蓄電装置を、車両に搭載されて、前記電線に接続された場合において、前記電力供給元から供給された電力を充電し、且つ、前記充電により蓄電した電力を放電する車載蓄電装置を含んで構成することができる。この場合、前記制御装置は、前記予測期間における、前記複数の家庭全体の予測消費電力量の推移を示す消費量予測データ、前記発電装置の予測発電量の推移を示す発電量予測データ、及び、前記車両の利用を示す車利用予測データに基づいて、前記予測期間における前記総ての蓄電装置の充電及び放電の推移を示す充放電最適計画を、前記評価指標が前記所定の値となるように、混合整数計画問題に定式化して算出し、前記算出した充放電最適計画に従って、前記予測期間における前記総ての蓄電装置の充電及び放電の電力を一括して管理する。
【００１４】
この場合、前記混合整数計画問題は、前記総ての蓄電装置に蓄電されている電力の逆潮流を防ぐ制約条件、及び、前記複数の家庭全体により消費される消費電力の上限を制限する制約条件を含めて定式化される。
【００１５】
この態様の電力管理システムによれば、制御装置は、混合整数計画問題を用いて、消費量予測データ、発電量予測データ、及び、車利用予測データから最適解を算出する。この場合、制御装置は、複数の家庭からなる一つの集合（集団）を勘案して、混合整数計画問題において逆潮流を防ぐ制約条件及び消費電力の上限を制限する制約条件を含めて最適解を算出する。そして、制御装置は、この算出した最適解の充放電最適計画に従って、一つの集合（集団）における総ての蓄電装置（車載蓄電装置）の充電又は放電による電力を一括して管理することができる。
【００１６】
従って、電力需給バランスの短期的な偏りが生じることを、より効果的に防止することができ、その結果、電力系統の安定制御を確実に維持することができる。更に、複数の家庭からなる一つの集合（集団）内部において、車載蓄電装置の利用可否を含めて互いに電力を融通しあうことができるので、電力をより効率良く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る電力管理システムの構成を示す概略図である。
【図２】図１の電力管理装置（制御ユニット）によって実行される充放電制御プログラムのフローチャートである。
【図３】車走行利用の状況を例示して示すグラフである。
【図４】消費電力と発電された電力の推移を示すグラフである。
【図５】集合住宅全体について充放電制御を行った場合の総消費電力の推移をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図６】集合住宅の個々の家庭について充放電制御を行った場合の総消費電力の推移をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図７】発電装置による発電量の推移を示すグラフである。
【図８】消費パターンの推移を説明するためのグラフであって、（ａ）は低消費となる消費パターンを示し、（ｂ）は高消費となる消費パターンを示す。
【図９】車利用パターンを説明するためのグラフであって、（ａ）は通勤目的の車利用パターンを示し、（ｂ）は送迎・買い物目的の車利用パターンを示す。
【図１０】低消費のパターン、通勤目的の車利用パターン及び送迎・買い物目的のパターンが混在した場合のシミュレーション結果であって、（ａ）は電力融通なしの場合を示し、（ｂ）は電力融通ありの場合を示す。
【図１１】低消費のパターン、高消費のパターン及び通勤目的の車利用パターンが混在した場合のシミュレーション結果であって、（ａ）は電力融通なしの場合を示し、（ｂ）は電力融通ありの場合を示す。
【図１２】低消費のパターン、高消費のパターン及び送迎・買い物目的の車利用パターンが混在した場合のシミュレーション結果であって、（ａ）は電力融通なしの場合を示し、（ｂ）は電力融通ありの場合を示す。
【図１３】高消費のパターン、通勤目的の車利用パターン及び送迎・買い物目的のパターンが混在した場合のシミュレーション結果であって、（ａ）は電力融通なしの場合を示し、（ｂ）は電力融通ありの場合を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る電力管理システムについて図面を参照しながら説明する。電力管理システムは、複数の家庭のそれぞれが所有している総ての蓄電装置の充放電スケジュールを一括最適化して管理するシステムである。以下、複数の家庭が集合した集合住宅に設けられた総ての蓄電装置の充放電スケジュールを一括最適化して管理する場合を例示して説明する。
【００１９】
図１に示したように、電力管理システム１０（以下、単に「システム１０」と称呼する。）は、集合住宅Ａに設けられた分電盤１１に接続されて集合住宅Ａ内に配線された電線としての交流電力線１２を備える。分電盤１１は、商用電力を供給する電力供給元ＣＰの電力系統に接続されており、図示を省略するが、主幹ブレーカ及び集合住宅Ａ内に構築された各回路系統に流れる電流を規制する電流ブレーカ等を有する。交流電力線１２は、分電盤１１を介して電力供給元ＣＰから供給される電力を集合住宅Ａ内に供給する。
【００２０】
システム１０は、交流電力線１２に電気的に接続された、電力負荷１３、発電装置１４、設置型蓄電装置１５、充電スタンド１６、車載蓄電装置１７及び電力管理装置１８を備える。電力負荷１３は、集合住宅Ａ内に形成された複数の家庭からなる居住区画において各家庭に居住する需要家が所有する電気機器等の個別電力負荷１３ａと、集合住宅Ａ内に形成された共用区画においてエレベーター及び照明等の共用電力負荷１３ｂと、からなる。尚、以下の説明においては、集合住宅Ａに居住する複数の需要家を「需要家グループ」とも称呼する。
【００２１】
発電装置１４は、自己発電した電力（以下、「系統外電力」と称呼する。）を交流電力線１２に供給する。発電装置１４は、例えば、太陽電池モジュールを有する太陽光発電装置及びガスを利用して発電するガス発電装置等である。発電装置１４が例えば太陽光発電装置である場合、発電装置１４は発電した系統外電力をパワーコンディショナー（図示を省略）に供給する。尚、以下の説明においては、パワーコンディショナーを単に「ＰＣＳ」と称呼する。ＰＣＳは、交流電力線１２に電気的に接続されており、発電装置１４からの直流電力を交流電力に変換して交流電力線１２に給電する。
【００２２】
設置型蓄電装置１５は、集合住宅Ａ内の居住区画にて各家庭のそれぞれに設置される個別蓄電装置１５ａと、集合住宅Ａ内の共用区画に設置される共用蓄電装置１５ｂと、からなる。個別蓄電装置１５ａは、需要家グループの電力消費行動により発生する個別電力負荷１３ａに対応して、予め蓄電している電力を供給する。共用蓄電装置１５ｂは、少なくとも、共用区画にて発生する共用電力負荷１３ｂに対応して、予め蓄電している電力を供給する。
【００２３】
このため、設置型蓄電装置１５（即ち、個別蓄電装置１５ａ及び共用蓄電装置１５ｂの両方）は、図示を省略するが、双方向ＰＣＳ、蓄電池及び蓄電制御ユニット等を備えている。蓄電池は、例えば、リチウムイオン二次電池等からなる単電池を複数組み合わせた集合体である。蓄電池は、双方向ＰＣＳを介して交流電力線１２に電気的に接続される。双方向ＰＣＳは、交流電力線１２からの交流電力（具体的に、系統電力及び／又は系統外電力）を直流電力に変換して蓄電池に供給し、蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して交流電力線１２に供給する。蓄電池制御ユニットは、双方向ＰＣＳと接続され、双方向ＰＣＳの作動を制御する。更に、蓄電池制御ユニットは、電力管理装置１８と接続されて、相互に情報交換（情報伝達）が可能となっている。
【００２４】
充電スタンド１６（所謂、Ｖ２Ｈスタンド）は、各家庭が所有するプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）又は電気自動車（ＥＶ）を駐車するための集合住宅Ａの駐車区画に複数設置される。充電スタンド１６は、交流電力線１２に接続される。充電スタンド１６は、交流電力線１２からＰＨＶ及びＥＶに搭載された車載蓄電装置１７に対して系統電力及び／又は系統外電力を供給する。
【００２５】
加えて、充電スタンド１６は、車載蓄電装置１７が蓄電している電力を交流電力線１２に放電する。このため、充電スタンド１６は、図示を省略する放電用ＰＣＳを有する。放電用ＰＣＳは、交流電力線１２に電気的に接続され、車載蓄電装置１７が放電する際に、車載蓄電装置１７の蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して交流電力線１２へ放電する。
【００２６】
充電スタンド１６においては、交流電力線１２が充電スタンド１６の本体部から外部に延出する充放電ケーブル（図示省略）に接続されている。充放電ケーブルの先端部には、充放電コネクタ（図示省略）が取り付けられている。更に、充電スタンド１６内は、蓄電池制御ユニット（図示省略）が配設されている。蓄電池制御ユニットは、車載蓄電装置１７及び電力管理装置１８と通信することにより、車載蓄電装置１７の充放電を制御する。
【００２７】
車両（ＰＨＶ及びＥＶ）には、充放電コネクタの差込口が設けられている。この差込口に充電スタンド１６の充放電コネクタを接続することにより、車載充放電器（図示省略）を介して、車載蓄電装置１７を充放電することが可能となっている。車載蓄電装置１７の蓄電池を充電する際には、充放電コネクタに交流電力が供給され、供給された交流電力を車載充放電器が直流電力に変換して、車載蓄電装置１７の蓄電池に充電する。一方、車載蓄電装置１７の蓄電池を放電する際には、車載蓄電装置１７の蓄電池に蓄電されている直流電量を前述したように放電用ＰＣＳが交流電力に変換して、交流電力線１２へ放電する。尚、交流電力への変換は、車載充放電器が行うことも可能である。
【００２８】
制御装置としての電力管理装置１８は、充放電スケジューラとして機能する制御ユニット１８ａを備えている。制御ユニット１８ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ等からなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするものである。制御ユニット１８ａは、後述する充放電制御プログラムを含む各種プログラムを実行することにより、集合住宅Ａに設けられた設置型蓄電装置１５及び充電スタンド１６（車載蓄電装置１７）の充放電スケジュール（充放電最適計画）を算出する。そして、この充放電スケジュール（充放電最適計画）に従って設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充放電を一括して管理することにより、集合住宅Ａ全体の電力を管理する。
【００２９】
電力管理装置１８は、制御ユニット１８ａに対して通信可能に接続される、電力需要予測ユニット１８ｂ、太陽光発電予測ユニット１８ｃ及び車走行利用予測ユニット１８ｄを備えている。これら各ユニット１８ｂ，１８ｃ，１８ｄも、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ等からなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするものである。以下、これら各ユニット１８ｂ，１８ｃ，１８ｄによる処理内容を説明するが、これら各ユニット１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの処理内容については、如何なる手法を採用してもよく、例えば、上記特許文献１（特願２０１３−２７２１４号公報）に開示されて対応する処理内容を用いることができる。従って、以下の説明においては、これら各ユニット１８ｂ，１８ｃ，１８ｄによる処理内容について詳細な記載は省略する。
【００３０】
電力需要予測ユニット１８ｂは、現在から予め定められた時間が経過するまでの期間（以下、この期間を「予測期間」と称呼する。）における電力負荷１３の予測消費電力量（以下、「総予測消費電力量」とも称呼する。）を算出する。具体的に、電力需要予測ユニット１８ｂは、居住区画で需要家グループが個別電力負荷１３ａを作動させることにより消費される予測消費電力量と、共用区画で共用電力負荷１３ｂを作動させることにより消費される予測消費電力量とを合算して総予測消費電力量を算出する。この場合、電力需要予測ユニット１８ｂは、需要家グループによる個別電力負荷１３ａの使用履歴、及び、共用電力負荷１３ｂの使用履歴に基づいて、総予測消費電力量を算出する。更に、電力需要予測ユニット１８ｂは、予測期間内にて、前記算出した総予測消費電力量の時間毎の推移を示す消費量予測データを算出する。
【００３１】
太陽光発電予測ユニット１８ｃは、発電装置１４が太陽光発電装置である場合、予測期間における予測発電量を算出する。具体的に、太陽光発電予測ユニット１８ｃは、例えば、自身のＲＯＭ及びＲＡＭ内に予め記憶されている各時刻の過去の日射量及び上記特許文献１と同様に大気圧の検出値等に基づいて予測期間内における日射量の予測値を取得する。太陽光発電予測ユニット１８ｃは、この日射量の予測値及び過去の発電量実績に基づいて予測期間の発電装置１４（太陽光発電装置）による発電量の予測発電量を算出する。更に、太陽光発電予測ユニット１８ｃは、予測期間内にて、前記算出した予測発電量の時間毎の推移を示す発電量予測データを算出する。
【００３２】
車走行利用予測ユニット１８ｄは、予測期間における、各需要家が所有する車両（ＰＨＶ及びＥＶ）の利用の有無を算出する。具体的に、車走行利用予測ユニット１８ｄは、充電スタンド１６との情報交換に基づき、各需要家による車両（ＰＨＶ及びＥＶ）の利用の有無（「１」又は「０」）を、例えば、充電スタンド１６に電気的に接続された時刻、電気的な接続が解除された時刻及び曜日の組み合わせとして自身のＲＯＭ又はＲＡＭに記憶する。車走行利用予測ユニット１８ｄは、自身のＲＯＭ及びＲＡＭ内に記憶された過去の利用状況等に基づいて予測期間内における需要家による車両（ＰＨＶ及びＥＶ）の利用の有無を予測する。この予測に基づき、車走行利用予測ユニット１８ｄは、予測期間内にて、前記予測した車利用の有無の時間毎の推移を示す車利用予測データを算出する。
【００３３】
制御ユニット１８ａは、例えば、自身のＲＯＭ又はＲＡＭに記憶している充放電スケジュールに従って、設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７へ充電する電力と、設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７から交流電力線１２に放電する電力を管理する。充放電スケジュールは、消費量予測データ、発電量予測データ及び車利用予測データに基づいて決定される。以下、この充放電スケジュールの決定を具体的に説明する。尚、以下の説明においては、発電装置１４が太陽光発電装置であるとして説明する。
【００３４】
図２に示したように、電力管理装置１８の制御ユニット１８ａは、電力需要予測ユニット１８ｂ、太陽光発電予測ユニット１８ｃ及び車走行利用予測ユニット１８ｄと協働して電力管理プログラムを実行し、充放電スケジュールを決定する。制御ユニット１８ａは、制御周期毎、例えば、１周期を３０分として、３０分毎に電力管理プログラムを実行する。
【００３５】
制御ユニット１８ａは、電力管理プログラムの実行をステップＳ１０にて開始する。制御ユニット１８ａは、続くステップＳ１１からステップＳ１３において、順に、電力需要予測結果（消費量予測データ）、発電電力予測結果（発電量予測データ）及び車走行利用予測結果（車利用予測データ）を読み込む。
【００３６】
具体的に、制御ユニット１８ａは、ステップＳ１１にて、電力需要予測ユニット１８ｂから電力需要予測結果として消費量予測データを取得して読み込む。制御ユニット１８ａは、消費量予測データを読み込むとステップＳ１２に進んで、太陽光発電予測ユニット１８ｃから発電電力予測結果として発電量予測データを取得して読み込む。制御ユニット１８ａは、発電量予測データを読み込むとステップＳ１３に進んで、車利用予測ユニット１８ｄから車走行利用予測結果として車利用予測データを取得して読み込む。制御ユニット１８ａは、電力需要予測結果（消費量予測データ）、発電電力予測結果（発電量予測データ）及び車走行利用予測結果（車利用予測データ）を読み込むと、ステップＳ１４に進む。
【００３７】
ステップＳ１４においては、制御ユニット１８ａは、前記ステップＳ１１からステップＳ１３にて読み込んだ、消費量予測データ、発電量予測データ及び車利用予測データに基づいて、充放電スケジュール（充放電最適計画）を算出する。充放電スケジュール（充放電最適計画）を算出するために、制御ユニット１８ａは、前記予測データを用い、予め設定される評価指標が最小又は最大となるように混合整数計画問題に定式化して算出する。本実施形態においては、前記評価指標として集合住宅Ａ全体における電気料金を用い、この場合には制御ユニット１８ａは電気料金が最小となるように（需要者が嬉しくなるように）充放電スケジュール（充放電最適計画）を算出して決定する。
【００３８】
尚、集合住宅Ａ全体における電気料金とは、電力供給契約に基づいて電力供給元に支払う電力料金である。具体的に、集合住宅Ａ全体における電気料金は、交流電力線１２からの供給電力量に応じた買電料金から交流電力線１２への逆潮流量に応じた売電料金を差し引いた電気料金である。この場合、電気料金が正の値の場合にはその料金を電力供給元ＣＰに支払い、電気料金が負の値の場合には電力供給元ＣＰから集合住宅Ａにその料金が支払われる。
【００３９】
前記ステップＳ１４にて予測期間における集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）を決定すると、制御ユニット１８ａはステップＳ１５にて集合住宅Ａ全体の総ての設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充放電を制御する。この場合、制御ユニット１８ａは、予測期間（例えば、２４時間）よりも短い時間間隔（例えば、３０分間隔）で電力管理プログラムを実行するので、例えば、最新の発電量予測データに基づいて充放電スケジュール（充放電最適計画）を適宜更新することができる。従って、制御ユニット１８ａは、予測期間よりも短い時間間隔で、現在時刻から予測期間の充放電スケジュール（充放電最適計画）を定期的に算出する。そして、制御ユニット１８ａは、算出した最新の充放電スケジュール（充放電最適計画）に従って、予測期間における集合住宅Ａ全体の総ての設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充放電電力を一括して管理する。
【００４０】
次に、集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）の具体的な算出方向を説明しておく。集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）は、数値計画問題の一つである混合整数計画問題に定式化して算出される。制御ユニット１８ａは、ＲＯＭ（又はＲＡＭ）に予め混合整数計画問題の式を記憶している。このため、制御ユニット１８ａは、記憶している混合整数計画問題の最適化変数を求めることにより、充放電スケジュール（充放電最適計画）を決定する。従って、混合整数計画問題の最適化変数は、充放電スケジュール（充放電最適計画）となる。
【００４１】
混合整数計画問題の最適化変数は、集合住宅Ａにおける蓄電装置全体、即ち、設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７が扱う電力である。従って、最適化変数は、ph,j(t)により示され、この最適化変数が混合整数計画問題によって求められる。尚、最適化変数ph,j(t)は時刻ｔの集合住宅Ａにおける家庭ｈの蓄電装置ｊの扱う電力であり、ph(t)は時刻ｔの家庭ｈの蓄電装置全体の充放電電力を表し、p(t)は時刻ｔの蓄電装置全体の充放電電力を表す。更に、最適化変数ph,j(t)は、その値が正のとき充電を表し、その値が負のとき放電を表す。
【００４２】
ここで、混合整数計画問題として単体の家庭の充放電スケジュール（充放電最適計画）を定式化して最適化計算することは、例えば、上記特許文献１（特開２０１３−２７２１４号公報）において詳細に開示されている。従って、以下では、複数の家庭が集合した集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）を定式化して最適化計算する場合に特化して説明し、その他の部分は上記特許文献１に開示された内容を適宜用いることができるものとしてその説明を省略する。
【００４３】
集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）を決定する際の評価関数（評価指標）は、下記式１により表される。
【数１】
2015220862.tif 000003
【００４４】
この場合、前記式１右辺のFg(τ)が集合住宅Ａ全体の電気料金に相当する場合には、評価指標Zg(t)は時刻ｔからＴ時間後までの集合住宅Ａ全体の消費電力に対する電気料金を求めて評価する。尚、前記式１右辺のWh(τ｜t)は時刻ｔにおける時刻τの正味の消費電力の推定値を表し、下付添字hは家庭を識別する家庭番号を表す。前記式１の右辺のΔtは、制御周期を表し、Dはペナルティ項を表し、αはペナルティDの重み係数を表す。更に、前記式１の右辺のHgは集合住宅Ａ内の家庭数を表す。
【００４５】
ところで、上記特許文献１では、単体の家庭の充放電スケジュールを決定するので、この場合の評価関数（評価指標）は、下記式２により表すことができる。
【数２】
2015220862.tif 000004
この場合、前記式２を用いて集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）を決定しようとすると、最適化計算に必要な時間が増加するので現実的ではない。
【００４６】
前記式２において、Fh(τ)が電気料金（買電料金又は売電料金）である場合、家庭毎に、買電か売電かに応じてFh(τ)の値を切り替える必要がある。このため、前記式２に従って、集合住宅Ａにおける各家庭の評価指標Zh(t)が最小となるように集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）を算出しようとすると、Fh(τ)の値が買電の場合と売電の場合とを、家庭毎及び時刻毎に考慮しなければならない。この場合、制御周期を３０分とし且つ予測期間を２４時間とすれば、買電及び売電の時系列の組み合わせは、（２の家庭数乗）の４８乗となり、最適化計算を制御周期３０分以内に収めることが困難になる場合がある。即ち、この場合には、充放電スケジュール（充放電最適計画）を決定すること自体が不能となる可能性がある。
【００４７】
これに対して、前記式１により表される評価関数を用いる場合には、Fg(τ)が集合住宅Ａ全体の電気料金（買電料金又は売電料金）に相当する。従って、制御ユニット１８ａは、前記式１における評価指標Zg(t)の値（即ち、集合住宅Ａ全体の電気料金）が所定の値となるように（最小となるように）最適化変数ph,j(t)を決定することができる。つまり、前記式１の評価関数を用いることにより、集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）を一括最適化することができる。この場合、Fg(τ)の値を集合住宅Ａ全体として買電か売電かに応じて切り替えるのみでよく、その結果、買電及び売電の時系列の組み合わせは、２の４８乗となる。従って、最適化計算を制御周期３０分以内に収めることが十分可能であり、確実に充放電スケジュール（充放電最適計画）を決定することができる。
【００４８】
次に、集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）の混合整数計画問題への定式化のために、定式化される制約条件を説明しておく。集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）を決定する際には、
（イ）．逆潮流防止制約条件
（ロ）．契約電力の上限制約条件
が考慮される。
【００４９】
（イ）．逆潮流防止制約条件
集合住宅Ａでは、家庭毎ではなく、集合住宅Ａ全体の設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充放電電力の総和が、集合住宅Ａ全体の消費電力を上回らないように制約される。この制約条件は、下記式３により表される。
【数３】
2015220862.tif 000005
ただし、前記式３の左辺のW+は消費電力を表す。従って、前記式３の左辺第１項は、集合住宅Ａ全体、換言すれば、複数の家庭（需要者）による消費電力の総和を表す。又、前記式３の左辺のNhは家庭ｈの蓄電装置数を表す。
【００５０】
ところで、上記特許文献１では、単体の家庭において、蓄電装置の放電量は消費電力を上回ることができないように制約される。この場合、制約条件は、下記式４により表される。
【数４】
2015220862.tif 000006
この制約条件により、電力供給元に売電できる電力は、太陽光発電装置により発電された電力のみとなる。従って、蓄電装置に蓄電された電力は、単体の家庭における需要者の電力消費行動によってのみ消費される。
【００５１】
前記式３により表される逆潮流防止制約条件でも、電力供給元に売電できる電力は発電装置１４により発電された電力のみとなる。しかしながら、集合住宅Ａにおいては、設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７が交流電力線１２を介して電力負荷１３（個別電力負荷１３ａ及び共用電力負荷１３ｂ）に接続されている。このため、設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７に蓄電された電力は、集合住宅Ａから電力供給元ＣＰに逆潮流しない限り、集合住宅Ａ内の複数の家庭により蓄電された電力を互いに融通して消費することができる。
【００５２】
（ロ）契約電力の上限制約条件
集合住宅Ａでは、家庭毎に契約電力の上限が制約されることに加えて、集合住宅Ａ全体の電力供給元ＣＰとの契約電力、即ち、集合住宅Ａ全体の正味の消費電力の上限Wgmaxが制約される。この制約条件は、下記式５により表される。
【数５】
2015220862.tif 000007
【００５３】
ところで、電力管理装置１８は、前述したように、充放電制御プログラムの実行により決定した充放電スケジュールに従って、集合住宅Ａ全体の設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充放電による電力を管理する。一方で、最適化計算に必要な時間を問題としない場合には、前述したように上記特許文献１に開示された電力システムを、集合住宅Ａに居住する各家庭の設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７に適用して充放電スケジュールを決定することも可能である。
【００５４】
ここで、前記式１の評価関数を用いた場合と、前記式２の評価関数を用いた場合とで充放電スケジュール（充放電最適計画）を算出し、電力の需給バランス（具体的に、電力消費）に関して短期的な偏りが生じるか否かをシミュレーションした。このシミュレーション結果を図３〜図６を用いて説明する。
【００５５】
このシミュレーションにおいて想定した条件を以下に示す。
集合住宅Ａの居住区画の家庭数は２４軒とする。
各家庭はＥＶを１台所有、即ち、車載蓄電装置１７を所有する。
発電装置１４は太陽光発電装置のみであり、発電された系統外電力が各家庭に均等に割り当てられる。
系統外電力による充電を排除するために、各家庭は個別蓄電装置１５ａを所有しておらず、且つ、共用区画は存在せずに共用蓄電装置１５ｂも設置されていない。
図３に示したように、このシミュレーションでは、各需要家は通勤目的でＥＶを利用するものとする。
シミュレーションで想定される電力負荷及び発電電力は、図４に示したように経時的に変化するものとする。
【００５６】
これらの想定した条件に従い、前記式１により示された評価関数に基づき各家庭のＥＶに搭載された車載蓄電装置１７の充電スケジュールを決定し、車載蓄電装置１７の充放電を行うと、図５に示すように、２４軒からなる集合住宅Ａ全体の消費電力は変化する。一方、前記式２により示された評価関数に基づき各家庭のＥＶに搭載された車載蓄電装置１７の充放電スケジュールを決定し、車載蓄電装置１７の充放電を行うと、図６に示すように、２４軒からなる集合住宅Ａ全体の消費電力は変化する。
【００５７】
これらの場合、需要家がＥＶを利用している時間帯、換言すれば、車載蓄電装置１７に蓄電されている電力を利用できない時間帯では、図５及び図６からも明らかなように、消費電力に違いは生じない。ところが、充電スタンド１６にＥＶを電気的に接続して車載蓄電装置１７の蓄電池を充電する場合、図５に示したように、集合住宅Ａ全体として充電スケジュールを決定して実行すると、前記式５により示された制約に従い集合住宅Ａ全体の使用電力の上限を超えないように充電スケジュールが決定されるため、充電時間を分散させることができる。その結果、集合住宅Ａ全体では、車載蓄電装置１７に充電する時間帯であっても短期的な偏りが生じることなく消費電力の増大が抑制され、使用電力の上限を厳守することができる。従って、電力需給バランスが崩れることなく、安定した電力系統の制御が可能となる。
【００５８】
これに対し、図６に示したように、家庭毎に自律分散的に充電スケジュールを決定して実行すると、それぞれの家庭で各車載蓄電装置１７を深夜電力を利用して充電する充電スケジュールが決定されるため、充電時間帯が重なる。その結果、集合住宅Ａ全体では、充電時間帯において消費電力が短期的に増大し（即ち、短期的に偏りを生じ）、予め設定された使用電力の上限を超える場合がある。従って、電力需給バランスが崩れて、電力系統の安定制御に支障をきたす可能性がある。
【００５９】
次に、集合住宅Ａ内の複数の家庭間で電力の融通を行う場合における計算機シミュレーションの結果を図７〜図１３を用いて説明する。このシミュレーションにおいては、以下の条件を想定し、前記式１により表される評価関数を用いて集合住宅Ａ全体の充放電スケジュール（充放電最適計画）を算出した。
集合住宅Ａの居住区画の家庭数は１６軒とする。
各家庭はＥＶを一台所有、即ち、車載蓄電装置１７を所有する。
発電装置１４は太陽光発電装置のみであり、発電された系統外電力が各家庭に均等に割り当てられる。
電力の融通効果を明確にするため、各家庭は個別蓄電装置１５ａを所有しておらず、且つ、共用区画は存在せずに共用蓄電装置１５ｂも設置されていない。
図７に示したように、発電装置１４により系統外電力が経時的に発電されるものとする。
図８に示したように、（ａ）低消費となる電力消費パターン、（ｂ）高消費となる電力消費パターンが存在するものとする。
図９に示したように、（ａ）通勤目的でＥＶを利用する車利用パターン、（ｂ）送迎・買い物目的でＥＶを利用する車利用パターンが存在するものとする。
【００６０】
２種類の電力消費パターンと２種類の車利用パターンとが混在する場合の集合住宅Ａ全体の消費電力の推移を、シミュレーション結果として図１０〜図１３に示す。このシミュレーションでは前記式１により示された評価関数を用いているため、前述したように、集合住宅Ａ全体の消費電力は、使用電力の上限を厳守している。尚、このシミュレーション結果を示す図１０〜図１３において、それぞれ、（ａ）は電力融通なしの場合を示し、（ｂ）は電力融通ありの場合を示す。
【００６１】
図１０は、低消費となる電力消費パターンであり、且つ、通勤目的でＥＶを利用する車利用パターンの家庭が８軒、及び、低消費となる電力消費パターンであり、且つ、送迎・買い物目的でＥＶを利用する車利用パターンの家庭が８軒の場合を示す。この場合、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を比較すると、一点鎖線により囲んで示すように、電力融通のある（ｂ）の方が、電力融通のない（ａ）よりも売電電力量が増加している。これは、送迎・買い物目的で利用されるＥＶ（８台）が充電スタンド１６に電気的に接続されている時間が長いためである。
【００６２】
その結果、送迎・買い物目的で利用されるＥＶ（８台）に搭載されている車載蓄電装置１７の蓄電池は、蓄電している電力を交流電力線１２に放電することができるので、放電された電力を集合住宅Ａ内（複数の家庭間）で融通することができる。従って、特に、発電装置１４が系統外電力を発電している時間帯において車載蓄電装置１７から放電された電力を融通し合うことにより、系統外電力の消費を抑制することができるので、集合住宅Ａ全体としての売電電力量を増加させることができる。これにより、例えば、集合住宅Ａの存在する地域に対して、集合住宅Ａから発電装置１４で発電した電力を逆潮流により供給することができ、地域の需給バランスを保つことに貢献することができる。
【００６３】
図１１は、低消費となる電力消費パターンであり、且つ、通勤目的でＥＶを利用する車利用パターンの家庭が８軒、及び、高消費となる電力消費パターンであり、且つ、通勤目的でＥＶを利用する車利用パターンの家庭が８軒の場合を示す。加えて、図１２は、低消費となる電力消費パターンであり、且つ、送迎・買い物目的でＥＶを利用する車利用パターンの家庭が８軒、及び、高消費となる電力消費パターンであり、且つ、送迎・買い物目的でＥＶを利用する車利用パターンの家庭が８軒の場合を示す。
【００６４】
これらの場合、電力融通のない（ａ）と電力融通のある（ｂ）とで差はない。これは、車利用パターンが通勤目的又は送迎・買い物で同一であり、ＥＶ（１６台）が充電スタンド１６に電気的に接続されない時間が同じであるためである。その結果、ＥＶ（１６台）の車載蓄電装置１７から放電される電力を利用することができないので、集合住宅Ａ内（複数の家庭間）で融通することができない。従って、集合住宅Ａ全体において、消費電力及び売電電力量の推移に差が見られない。
【００６５】
図１３は、高消費となる電力消費パターンであり、且つ、通勤目的でＥＶを利用する車利用パターンの家庭が８軒、及び、高消費となる電力消費パターンであり、且つ、送迎・買い物目的でＥＶを利用する車利用パターンの家庭が８軒の場合を示す。この場合、前述した図１０の場合と同様に、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）を比較すると、一点鎖線により囲んで示すように、電力融通のある（ｂ）の方が、電力融通のない（ａ）よりも売電電力量が増加している。これも、送迎・買い物目的で利用されるＥＶ（８台）に搭載されている車載蓄電装置１７の蓄電池は、蓄電している電力を交流電力線１２に放電することができ、その結果、放電された電力を集合住宅Ａ内（複数の家庭間）で融通することができる。従って、この場合も、特に、発電装置１４が系統外電力を発電している時間帯において車載蓄電装置１７から放電された電力を融通し合うことにより、系統外電力の消費を抑制することができるので、集合住宅Ａ全体としての売電電力量を増加させることができる。
【００６６】
以上の説明からも理解できるように、上記実施形態の電力管理システム１０によれば、電力管理装置１８（制御ユニット１８ａ）は、混合整数計画問題を用いて、前記式１に従って消費量予測データ、発電量予測データ、及び、車利用予測データから最適解を算出する。この場合、電力管理装置１８（制御ユニット１８ａ）は、集合住宅Ａ全体を勘案して、前記式３及び前記式５に従って逆潮流を防ぐ制約条件及び消費電力の上限を制限する制約条件を含めて最適解を算出することができる。そして、電力管理装置１８（制御ユニット１８ａ）は、この算出した最適解の充電スケジュール（充放電最適計画）に従って集合住宅Ａ全体の設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充電又は放電による電力を一括して管理することができる。
【００６７】
従って、上記実施形態の電力管理システム１０によれば、電力需給バランスの短期的な偏りが生じることをより効果的に防止することができ、その結果、電力系統の安定制御を維持することができる。更に、上記実施形態の電力管理システム１０によれば、集合住宅Ａにおいて、車載蓄電装置１７の利用可否を含めて互いに電力を融通しあうことができるので、電力をより効率良く利用することができる。
【００６８】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
【００６９】
例えば、上記実施形態においては、前記式１の評価関数における評価指標Zg(t)が集合住宅Ａ全体の電気料金を評価する指標であるとした。この場合、評価指標Zg(t)として、例えば、発電に伴って排出される二酸化炭素の排出量を評価する指標とすることも可能である。この場合においても、評価指標Zg(t)が所定の値である最小値になるように最適化変数ph,j(t)を決定することができる。これにより、環境保全を促進することができる。
【００７０】
又、評価指標Zg(t)として、例えば、集合住宅Ａに居住する総ての需要者の満足度を表す指数を評価する指標とすることも可能である。この場合においては、評価指標Zg(t)が所定の値である最大値になるように最適化変数ph,j(t)を決定することができる。これにより、集合住宅Ａの総ての需要者に対して、例えば、電力消費に関して過度な制限を強いることを防止して、快適な生活を提供することができる。
【００７１】
上記実施形態においては、複数の家庭が集合住宅Ａに集合した場合を説明した。この場合、複数の家庭間で互いに電力融通が可能となるように電線により電気的に接続されていれば、個別の住宅が複数存在する地域を対象として、充放電スケジュール（充放電最適計画）を一括最適化することが可能である。この場合、例えば、前記地域を管理するセンターに電力管理装置１８が設けられることにより、上述した集合住宅Ａの場合と同様に、地域内に存在する設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充放電による電力を一括して管理することができる。
【００７２】
更に、上記実施形態においては、電力管理装置１８の制御ユニット１８ａは、混合整数計画問題を用いて最適解を算出し、この算出した最適解の充電スケジュール（充放電最適計画）に従って集合住宅Ａ全体の設置型蓄電装置１５及び車載蓄電装置１７の充電又は放電による電力を一括して管理した。この場合、制御ユニット１８ａは、充電スケジュール（充放電最適計画）を算出する際に、充分な時刻の幅を有して予測する手法であれば、混合整数計画問題以外の手法を用いて最適解を算出することも可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…電力管理システム、１１…分電盤、１２…交流電力線（電線）、１３…電力負荷、１３ａ…個別電力負荷、１３ｂ…共用電力負荷、１４…発電装置、１５…設置型蓄電装置（蓄電装置）、１５ａ…個別蓄電装置、１５ｂ…共用蓄電装置、１６…充電スタンド、１７…車載蓄電装置、１８…電力管理装置（制御装置）、１８ａ…制御ユニット、１８ｂ…電力需要予測ユニット、１８ｃ…太陽光発電予測ユニット、１８ｄ…車走行利用予測ユニット、Ａ…集合住宅、ＣＰ…電力供給元
【図１】
2015220862.tif 000008
【図２】
2015220862.tif 000009
【図３】
2015220862.tif 000010
【図４】
2015220862.tif 000011
【図５】
2015220862.tif 000012
【図６】
2015220862.tif 000013
【図７】
2015220862.tif 000014
【図８】
2015220862.tif 000015
【図９】
2015220862.tif 000016
【図１０】
2015220862.tif 000017
【図１１】
2015220862.tif 000018
【図１２】
2015220862.tif 000019
【図１３】
2015220862.tif 000020