(57)【要約】節電要請などの電力削減要求が来た場合、使用できる電力を十分使いながら、できるだけ快適に節電するために、電力制御装置は、複数の機器を備えた電力消費システムの電力を制御する。複数の機器は、制御可能な機器と制御が困難な機器とに分けられる。情報取得部は、制御可能な機器の電力量と、直近に計測した電力消費システム全体の電力量とを取得する。デマンド制御部は、電力消費システム全体に対する上限電力量が設定されたときに、制御可能な機器の電力量を、制御可能な機器それぞれに設定された評価関数および制御可能な機器それぞれに設定された微分方程式をもとに制御する。
2014208299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の機器を備えた電力消費システムの電力を制御する電力制御装置であって、前記複数の機器は、制御可能な機器と制御が困難な機器とに分けられ、
前記電力制御装置は、
前記制御可能な機器の電力量と、直近に計測した電力消費システム全体の電力量とを取得する情報取得部と、
前記電力消費システム全体に対する上限電力量が設定されたときに、前記制御可能な機器の電力量を、前記制御可能な機器それぞれに設定された評価関数および前記制御可能な機器それぞれに設定された微分方程式をもとに制御するデマンド制御部と、
を有することを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記デマンド制御部は、前記上限電力量と前記直近に計測した電力消費システム全体の電力量との間の差を無くすように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記デマンド制御部は、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で比較し、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で等しくなるように制御する、ことを特徴とする請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記微分方程式は、下記の式（１）で表される、
2014208299.tif 000007
ここで、Ｐｔは前記直近に計測した電力消費システム全体の電力量、Ｄｅｍは前記上限電力量、λｉは制御可能な機器ｉの電力、ｆｉは制御可能な機器ｉに設定された評価関数、λｋは制御可能な隣接機器ｋの電力、ｆｋは制御可能な隣接機器ｋに設定された評価関数、およびＫ１、Ｋ２は電力変更のゲインをそれぞれ表す、請求項３に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記評価関数は、前記制御可能な機器の電力量に対する関数であって、前記制御可能な機器の優先度に相関したピーク値を持つ、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項６】
前記評価関数は、前記制御可能な機器の個数に対する関数であって、前記制御可能な機器の優先度に相関したピーク値を持つ、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項７】
複数の機器を備えた電力消費システムの電力を制御する電力制御方法であって、前記複数の機器は、制御可能な機器と制御が困難な機器とに分けられ、
前記電力制御方法は、
前記制御可能な機器の電力量と、直近に計測した電力消費システム全体の電力量とを取得する情報取得ステップと、
前記電力消費システム全体に対する上限電力量が設定されたときに、前記制御可能な機器の電力量を、前記制御可能な機器それぞれに設定された評価関数および前記制御可能な機器それぞれに設定された微分方程式をもとに制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする電力制御方法。
【請求項８】
前記制御ステップは、前記上限電力量と前記直近に計測した電力消費システム全体の電力量と間の差を無くすように制御する、ことを特徴とする請求項７に記載の電力制御方法。
【請求項９】
前記制御ステップは、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で比較し、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で等しくなるように制御する、ことを特徴とする請求項８に記載の電力制御方法。
【請求項１０】
複数の機器を備えた電力消費システムの電力を、コンピュータに制御させる電力制御プログラムであって、前記複数の機器は、制御可能な機器と制御が困難な機器とに分けられ、
前記コンピュータに、
前記制御可能な機器の電力量と、直近に計測した電力消費システム全体の電力量とを取得させる情報取得手順と、
前記電力消費システム全体に対する上限電力量が設定されたときに、前記制御可能な機器の電力量を、前記制御可能な機器それぞれに設定された評価関数および前記制御可能な機器それぞれに設定された微分方程式をもとに制御させる制御手順と、
を実行させるための電力制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の機器を備えた電力消費システムに上限電力が設定される環境下で、最も好適に電力消費システムを構成する各機器の電力を制御する装置、方法およびプログラムに関する
【背景技術】
【０００２】
電力を制御するシステムに対する種々の検討が、従来からなされている。そのような電力制御システムには、例えば、家庭の電力を制御するＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ビルの電力を制御するＢＥＭＳ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）、自治体などの地域の電力を制御するＣＥＭＳ（Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ／Ｃｉｔｙ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）がある。これら電力制御システムの目的は、電力使用を効率化する、または自然由来エネルギー（太陽光、風力、地熱など）を積極的に利用し、サスティナブルな社会を形成しようとするものである。
これまでは、電力制御と言えば、発電所などの供給側の電力制御を意味していた。しかしながら、エネルギーマネジメントシステムの台頭とともに、近年では、需要側の電力制御を行おうとする動きが活発である。これを「デマンドサイドマネジメント」と呼ぶ。デマンドサイドマネジメントにもいくつかの種類がある。たとえば、デマンドサイドマネジメントには、時間別に電力料金を変えるというダイナミックプライシングに対応して、できるだけ低料金を目指して電力需要を制御するものや、電力需要ピーク時のピークをカットし、停電などの障害を回避するために電力需要を制御するものなどである。後者の具体的な例としては、電力需給が逼迫したときに、ビルに対して節電要請がくる。各ビルに上限として使ってよい電力（以下、単に「上限電力」と呼ぶ）が通達されるわけである。各ビルは、その通達された上限電力以内に電力消費に抑えることが推奨される。
上限電力に対してデマンドを制御したいという要望は今後大きくなると予想される。なぜならば、従来のように使いたいだけ電力を使えばよいという風潮から、限りある電力を上手に使うという方向に政策も民意も動いているからである。需要に合わせて、発電所を増築していくと言うのは財政的にも無理があるし、発電所の総発電量を上回る可能性がある需要が発生するのは、年間でも数日程度とも言われている。このような状態で供給側をパワーアップするより、デマンド側を制御した方が理にかなっている。また、災害が起きたときにもフレキシブルにデマンドを制御できれば一斉計画停電のようなことはしなくても済むので、危機管理的にもデマンド制御は意味がある。
このような中、上限電力に対してデマンド制御をする研究が行われている。現在のＢＥＭＳで行われている方法は、予めビルの各機器（エアコン、照明、エレベータなど）に対して、節電要請時に停止するかどうかの計画を策定しておき、節電要請が来たときに、上限電力にあわせて、予め計画しておいた機器を止める方法である。このようにすれば簡単にデマンド制御ができるように思えるが、それがビル内の人々にとって快適であるか否かは別の話である。
ビル内には電力を制御できない機器もある。例えば、商用施設が一体となったビルでは、できるだけ商用施設の機器を節電したくない。お客様が不快に思うような節電をすれば、顧客が離れてしまうからである。このようなケースでは、商用施設の機器は電力制御対象外とする。その場合、商用施設が使用する電力が常に変動することになり、安全を見込んで、商用施設が使用する電力の最大量を見積もり、機器を止めていくというデマンド制御を行うことになる。商用施設が電力最大量を使っていないときでも、機器を制御されるフロアでは節電を過度に続けるという事態に陥る。つまり、節電要請は満たせるが、必要以上に節電してしまうことで、ビル内の人々に我慢をさせる節電となってしまう。他にも、停止計画がされていない機器がオフになっているケースもあるので、そのような機器の分も含めて余計に節電することになる。
上記の例だけでなく、現在のデマンド制御は、需要と供給の予想と、その中で機器をいつ使うか、いつ止めるかなどの計画を予め検討し、その計画に即して制御を行う。そのような制御の場合、予め立てた計画は外れる場合があることや、上記の例のように電力を制御できない機器を見越して、必要以上にマージンをとった節電となってしまう。上限電力を満たしながら、そこで生活や作業する人々が最大限快適に過ごせるようにするには、予め決めた計画ではなく、上限電力と現在使っている総電力とを見比べ、臨機応変に機器の電力を制御する手法が必要である。
本発明に関連する先行技術文献が種々知られている。
例えば、特開平１１−１７８２４７号公報（特許文献１）は、電力会社との契約電力値に基づく許容最大消費電力値を保持し、すべての機器の消費電力の合計値と許容最大消費電力値とを比較し、外気温などの情報を集中管理装置に通知し、各機器の消費電力を制御する「消費電力管理システム」を開示している。また、この特許文献１に開示された消費電力管理システムでは、機器に対する電力供給の優先度を表す電力供給必要度を制御対象情報保持手段に通知している。
また、特開２００４−１４５３９６号公報（特許文献２）は、電力需要と電力価格の間に決まった関数関係があるとして、需要が幾何ブラウン運動をした場合に価格が従う確率過程を伊藤のレンマを用いて導き、無裁定原理を用いてそのような確率過程の上に書かれた派生証券の価格を支配する微分方程式を導くようにした「電力取引リスク管理方法」を開示している。
特開２００５−３４１６４６号公報（特許文献３）は、どのエネルギー機器を優先的に制御してよいかを決定する制御優先度情報を管理し、高い優先度の機器から順にエネルギー抑制を制御するようにした「省エネルギーシステム」を開示している。
また、特開２００６−７４９５２号公報（特許文献４）は、通知された電力削減量と、制御された後に削減された電力量を測定して比較し、電力削減量を達成するように比較判定することにより、電力ピークの削減をおこなうようにした「電力ピークオフ制御システム」を開示している。
さらに、特開２０１０−１２４６０５号公報（特許文献５）は、消費電力量データ同士で比較して評価関数を当てはめ、相関値の高い消費電力データを実績データから抽出するようにした「消費電力予測装置」を開示している。
特開２０１０−１４６３８７号公報（特許文献６）は、省エネ行動評価部が、機器情報データベースから昨日や先週のデータを取得し、評価関数を用いて評価し、この評価値を評価結果データベースに記録するようにした「省エネ行動評価装置」を開示している。
国際公開２０１２／１６０９７８号（特許文献７）は、複数の自律分散的に制御し、全体最適な負荷分散を実施する手法に関する発明を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７８２４７号公報（［００１７］、［００１９］）
【特許文献２】特開２００４−１４５３９６号公報（［００９１］）
【特許文献３】特開２００５−３４１６４６号公報（［００３７］、［００３８］）
【特許文献４】特開２００６−７４９５２号公報（［００２２］、［００２３］）
【特許文献５】特開２０１０−１２４６０５号公報（［００７９］）
【特許文献６】特開２０１０−１４６３８７号公報（［００２４］）
【特許文献７】国際公開２０１２／１６０９７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の通り、臨機応変に機器の電力を制御するデマンド制御が望まれている。しかしながら、実際にデマンド制御を実現するのは難しく、有効な手法は提案されていない。デマンド制御の実現を難しくする主な理由には、次のようなものがある。第１の理由は、制御するべき機器（制御可能な機器）が多数あることである。第２の理由は、制御対象でない機器（制御が困難な機器）の電力のリアルタイムな変動に追従できないことである。大きなビルになれば、制御すべきエアコン、照明などは１０００個レベルに上り、ビル間で連携して節電要請に答えようとすれば、制御対象はさらに増えていく。将来的に、ＣＥＭＳレベルになれば、ＢＥＭＳの１０倍レベルの機器を制御することになる。これらを、制御対象でない機器（制御が困難な機器）の電力変動を勘案しつつ、上限電力を満たすようにリアルタイムに制御するのは非常に困難である。無限にある状況と機器制御の組み合わせ問題を解かなければならない。
特許文献１は、各機器の消費電力を制御する消費電力管理システムを開示しているに過ぎず、制御が困難な機器の電力変動を勘案してはいない。
特許文献２は、将来の電力価格のリスク計量を行う電力取引リスク管理方法を開示しているだけであって、機器の電力制御を行ってはいない。
特許文献３は、エネルギー制御に需要家の要求や生活環境に応じて優先度で行う省エネルギーシステムを開示しているに過ぎず、特許文献１と同様に、制御が困難な機器の電力変動を勘案してはいない。
特許文献４は、地域全体の電力ピークを安定して容易に抑制することができる電力ピークオフ制御システムを開示しているだけであって、特許文献１および３と同様に、制御が困難な機器の電力変動を勘案してはいない。
特許文献５は、消費電力予測システムを開示しているに過ぎず、機器の電力を制御してはいない。
特許文献６は、機器の消費電力の測定だけでなく、機器の使用状況を計測する省エネ行動評価装置を開示しているに過ぎず、機器の電力を制御していはいない。
特許文献７は、単に、全体最適な負荷分散を実施する手法を開示しているだけであって、電力消費システムを構成する複数の機器間の動的負荷分散の具体的な手法に関しては記載も示唆もしていない。
［発明の目的］
そこで、本発明の目的は、制御対象でない機器（制御が困難な機器）の電力変動を勘案しつつ、上限電力を満たすようにリアルタイムに大規模な電力消費システムの電力を制御することができる、電力制御装置、方法およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電力制御装置は、複数の機器を備えた電力消費システムの電力を制御する電力制御装置であって、複数の機器は、制御可能な機器と制御が困難な機器とに分けられ、電力制御装置は、制御可能な機器の電力量と、直近に計測した電力消費システム全体の電力量とを取得する情報取得部と、電力消費システム全体に対する上限電力量が設定されたときに、制御可能な機器の電力量を、制御可能な機器それぞれに設定された評価関数および制御可能な機器それぞれに設定された微分方程式をもとに制御するデマンド制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、制御対象でない機器の電力変動を勘案しつつ、上限電力を満たすようにリアルタイムに大規模な電力消費システムの電力を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は本発明の一実施形態に係る電力制御装置を使用する電力消費システムの概略図であり、
図２は本発明の一実施形態に係る電力制御装置で用いられる評価関数の概略図であり、
図３は本発明の一実施形態に係る電力制御装置で用いる指標を説明するための図であり、
図４は本発明の一実施形態に係る電力制御装置で用いられるアナログ的に電力設定できる機器の評価関数の一例を示す図であり、
図５は本発明の一実施形態に係る電力制御装置で用いられるデジタル的に電力設定できる機器の評価関数の一例を示す図である。
図６は本発明の一実施形態に係る電力制御装置で用いられるアナログ的に電力設定できる機器の評価関数の一例を示す図であり、
図７は本発明の一実施形態に係る電力制御装置で用いられるデジタル的に電力設定できる機器の評価関数の一例を示す図であり、
図８は本発明の第１の実施例における電力消費システムの概略図であり、
図９は本発明の第１の実施例における電力消費システムで用いる制御部（電力制御装置）のブロック図であり、
図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、それぞれ、制御なしの場合、関連する技術、および本発明の第１の実施例における電力消費システムにおける実験結果を示す図であり、
図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、それぞれ、制御なしの場合、関連する技術、および本発明の第１の実施例における電力消費システムにおける実験結果を示す図であり、
図１２は本発明の第２の実施例における電力消費システムの概略図であり、
図１３は本発明の第２の実施例における電力消費システムで用いる制御部（電力制御装置）のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
［実施形態］
まず、ビルの電力制御を例に挙げて、本発明の一実施形態について説明する。
図１はビルに配置された複数の機器を備えた電力消費システム１００の概略図である。図示の電力消費システム１００は、機器として、多数の電灯１０２、多数のエアコン１０４、および複数台のエレベータ１０６を含む。
図１において、点線で囲まれた「非制御機器群」というのは制御対象外の機器（制御対象でない機器）１１０である。それ以外が制御対象１２０となる。ここでは、制御対象外の機器（制御対象でない機器）１１０は「制御が困難な機器」とも呼ばれ、制御対象１２０は「制御可能な機器」とも呼ばれる。すなわち、多数の機器は、制御可能な機器１２０と制御が困難な機器１１０とに分けられる。
本発明の実施の形態では、電力消費システム１００にこのように多数の機器１０２、１０４、１０６があるときに、制御対象でない機器１１０の電力変動を勘案しつつ、上限電力を満たすようにリアルタイムに制御対象１２０を制御する手法を考える。
まず、機器には優先度をつける必要がある。優先度は、ビルで活動する物や人にとって大切なものほど高い優先度をつけていく。それは即ち、節電要請下で機器が停止されたとしても、優先度が高い機器は停止されにくいという状況を作ることができ、物や人の活動を最大限妨げない制御ができるということである。
電力制限下で機器を止めるか止めないかの優先度は同じ機器でも、フロアの特性によって異なる。例えば、サーバ室のエアコン１０４の優先度は高いが、電灯１０２の優先度は低い。一方、オフィスフロアの電灯１０２の優先度はサーバ室の電灯１０２の優先度よりも高い。より細かい制御を考えるのであれば、人が多いフロアのエアコン１０４の優先度を上げ、人の少ないフロアのエアコン１０４の優先度を下げるなども考えられる。このようにビル内の機器の優先度は多様である。
機器に優先度をつけて制御する手法で最も容易に考え付く手法は、機器の数だけ優先順位をつけて並べる方法であろう。機器の数が限られている、あるいは優先度が明白な場合はそのようなことが可能であろう。しかしながら、実際のケースでは、機器の数は膨大で、かつ同じレベルの優先度のものも多い。さらにビルの場合など、レイアウト変更などで機器の優先度はすぐに変わる可能性がある。
このような状況を鑑みると、機器の数だけ優先順位をつけて並べるのは現実的な手法ではない。したがって、機器に優先度はつけるとしても、各機器に独立に優先度を設定する方が望ましい。独立に設定できると言うことは同じレベルの優先度が違う機器についても良いと言うことでもある。
このように独立に優先度を機器に設定する場合、優先度の設定は簡単で、かつ実際の人々の活動の快適さと関連が取りやすいが、制御が複雑になる。同じ優先度で、しかも異なる機器が存在する場合、どれにどれだけ電力を割り振るのかを決めるのは容易ではない。しかも、制御対象でない機器１１０の電力変動を勘案しつつ、上限電力を満たすとするとなおさらである。
このような難しいリアルタイム制御を実現するために、本発明者は上記特許文献７に開示されている「自律分散的負荷分散手法」を応用した。まず、その自律分散的負荷分散手法について簡単に説明する。
本発明者は、上記特許文献７に記載された、複数の要素を自律分散的に制御し、全体最適な負荷分散を実施する手法を発明している。この場合、要素とはサーバ、発電機などなんでも良く、今回の発明では、電力制御を行うべき機器が要素にあたる。本発明では、自律分散的負荷分散の手法において、まず要素それぞれに要素の性能見合いの評価関数を設定する。
図２に評価関数の概略を示す。図２において、横軸は各要素の状態に関するパラメータであり、サーバの負荷分散の例であれば、サーバの負荷量などに相当する。図２において、縦軸は、何らかの効率、利潤、要素の性能、要素の優先度などに関わる指標である。この評価関数を凸関数で表す。
凸関数を使用するのも本制御手法のポイントである。なぜなら、効率をはじめとする多くのシステムの指標は、図２に示すような凸関数で表されるからである。図２のような上に凸な関数を凹関数と呼び、下に凸な関数を凸関数と呼ぶこともあるが、ここでは、関数の性質上で区別する表現を採用し、凹関数も凸関数と表現することにする。
評価関数が凸関数である要素を連携させて、全体で最適化（各要素の評価関数の値の総和が最大となる状態）する問題は、「凸計画問題」として知られている。凸計画問題は、各要素の動作レベルにおける評価関数の微分値が等しい状況で最適化が達成されることが数学的に明らかにされている。本発明者が発明した負荷分散手法は、この原理を応用している。評価関数として凸関数を使う理由がここにある。
この原理を勘案し、各要素の状態変化を、例えば以下の式（１）で表される微分方程式に従い制御する。
2014208299.tif 000003
ここで、Ｄｅｍは要素全体が満たすべき出力値または負荷量または状態値、λｉは要素ｉの出力または負荷または状態値、ｆｉは要素ｉに設定された評価関数、Ｋ１、Ｋ２は状態変更のゲインに相当する係数である。この制御をかけることで、各要素は、右辺第１項により、要素全体が満たすべき出力値に等しくなるように状態を変更し、かつ右辺第２項により、評価関数の微分値（ｄｆｉ／ｄλｉ）を等しくするように状態を変更しようとする。
これは「凸計画問題」のところで説明したように、要素全体が満たすべき総状態量も満足しつつ、全体利潤を最大化するポイントに各要素の状態（負荷量）を制御するのと等価である。つまり、上記式（１）の制御により、評価関数の縦軸で設定された効率が系全体として最大化される。ｋは要素ｉに隣接する要素の番号を意味する。隣接要素ｋが複数個有る場合は、順次数１の制御を繰り返せばよい。この式（１）で示される数式は一例であって、ポイントは、各要素に設定された評価関数の微分値を等しい状態にするように、各要素の状態を決めていくということである。
具体的には、各要素が、制御の時間ステップｄｔごとに、式（１）で算出される値と時間ステップｄｔの積を、１時刻前（１時間ステップ前）の出力値に足したものを出力するという制御となる。非常に簡単な制御である。
負荷分散の問題は、動作していることにメリットがない要素を停止する判断も必要となってくる。本発明者が発明した負荷分散手法における上記判断は以下のように行う。
まず、要素自身と、その要素に隣接するノード（要素）の評価関数間にある指標を定義する。
それを説明するための図を図３に示す。負荷が０のときに、評価関数が負の値を取っている例を示しているが、これは起動によりコストが発生することを意味している。サーバなどのＩＴ系だとやや想像しにくいが、例えば、発電所の場合、縦軸を利潤と考えれば、運転（起動）しているにも関わらず、需要がなければ、運転コストが回収（需要家から集める金額）を上回り、利潤がマイナスになる。評価関数の値が０になったところが、運転コストと回収が均衡した点であり、評価関数の値がプラスになるということは利益が発生している事を意味する。
サーバのレスポンスを最適化するようなときは、縦軸がレスポンス関連量となり、負荷０のところでも評価関数は正の値を持つ。つまり、負荷０において、評価関数は正負どちらもとる可能性があるのだが、負の値をとる方を考えておけば、正の値をとる場合はその一部として解くことができる。したがって、ここでは、負荷０において、評価関数が負の値をとる汎用的なケースを説明する。
ここで、ノードｉ（自身）のゼロクロス点をλ０，ｉ、隣接ノードｊの評価関数における、ノードｉのゼロクロス点と同じ傾きの点をｚｉｊ、隣接ノードｊの現在の負荷をλｊとする。したがって、ｚｉｊは以下の式（２）で書くことができる。
2014208299.tif 000004
そして、ここで以下の式（３）で表される指標Ｓｉを定義する。
2014208299.tif 000005
この指標Ｓｉは、現在の隣接ノードの負荷（総和）が、自身のゼロクロス点よりどれだけ大きいかを意味している。もしノードｉが停止しているとして、ノードｉを起動すべき条件は、起動することでノードｉがゼロクロス点以上の負荷を担当する状況にあるかどうかである。そうすれば利潤はマイナス（評価関数値が負）にならないため、ノードｉを起動することで不利はない。
指標Ｓｉはそれを数値化したものである。隣接ノードがノードｉのゼロクロス点における評価関数微分値と等価なｚｉｊよりどれだけ負荷を担当しているかを示すのが右辺第１項であり、それをゼロクロス点λ０，ｉで引くことで（右辺第２項）、自身のゼロクロス点以上の負荷が周りに存在しているかを示す指標となっている。
指標Ｓｉが０より大きければ、ノードｉを起動したときにいずれ隣接ノードが担当している負荷はノードｉが担当することになり、かつノードｉの担当負荷はゼロクロス点以上となる。逆に、指標Ｓｉが０より小さければ、ノードｉが隣接ノードの担当負荷を新たに担っても、ゼロクロス点以下となり、ノードｉの起動により利潤をマイナスにしてしまう。
指標Ｓｉはこのようなものであり、指標Ｓｉの正負を見ることでノードｉを起動すべきか停止すべきかがわかる。指標Ｓｉが負のときとは、その時点でノードｉの負荷は評価関数が負の値をとる領域にあるということで、起動しているノードは評価関数が０以下になった時点で停止すると考えても良い。このように指標Ｓｉを使用して要素の起動・停止の判断をすることができる。
以上が、本発明者が以前に発明し、上記特許文献７に開示された自律的負荷分散の手法の簡単な説明である。本発明ではこの手法を応用する。今回のケースに上記の手法を応用するには、右辺第１項の扱いと、評価関数の設定が鍵になる。本発明者はこの点に関して鋭意検討し、以下の着想に至った。
今回のケースでは、電力消費システム１００に、制御可能な機器１２０と制御が困難な機器１１０とが混在する。そのような中で上限電力を満たそうとすれば、上記式（１）の右辺第１項のＤｅｍに上限電力を単に設定するのではうまくいかない。そこで、右辺第１項を変形した以下の式（４）で表される微分方程式を用いる。
2014208299.tif 000006
ここで、Ｐｔはビル全体の使用電力量である。ビルの制御でない場合は、Ｐｔは対象とする電力消費システム１００全体の使用電力量（直近に計測した電力量）である。Ｐｔには制御可能な機器１２０と制御が困難な機器１１０とが使用している電力量がすべて含まれている。Ｄｅｍには上限電力量を設定する。本例の場合、λｉは制御可能な機器ｉの電力、ｆｉは制御可能な機器ｉに設定された評価関数、λｋは制御可能な隣接機器ｋの電力、ｆｋは制御可能な隣接機器ｋに設定された評価関数、Ｋ１、Ｋ２は電力変更のゲインをそれぞれ表す。直近に計測した電力量は、現在の電力量が好ましいが、電力消費システムの機器によっては数分〜数十分前に計測した電力量でも適用可能である。
次に評価関数の設定をどうするかについて考える。基本的に評価関数の横軸は機器の電力に相当する数値を設定する。エアコン１０４などのように比較的アナログ的に電力設定できる機器は、電力と相関のある連続的な指標を横軸に設定する。例えば、エアコン１０４の場合、横軸は設定温度とする。エアコン１０４は通常電力設定ではなく、温度設定によりコントロールするからである。縦軸は優先度制御なので優先度に相当する値を設定する。
しかし、どのような評価関数の形にするかは考案が必要である。最も動作させたい状態量は快適度が最大と考えられるので、本発明者は、上限電力制限がなかった場合の機器の電力最大値でピークを迎え、そのピーク値が優先度と相関している関数が好適であると考えた。
以上の考察より、図４は、エアコン１０４に設定する評価関数の例を示す図である。この図４の例では、夏のエアコン１０４の評価関数の設定としており、電力最大値をとる温度設定を２６℃とした。ここで注意することは、夏の温度設定の場合、温度設定が下がるほど使用電力量が上がるので、横軸で右側に動くほど、温度設定の値が下がる。冬のエアコン１０４の温度設定は、この逆になるので、そのときは評価関数を設定しなおせば良い。温度設定２６℃が最大快適点と考え、そこで縦軸がピークを迎えるようになっている。ピーク値は設定する優先度の値そのものとする。
優先度をどうするかはシステム運用者の設計指針による。優先度の値は、何段階でも、自然数でも、実数でも、他の機器と同じでも良い。その機器の相対的な優先度であれば問題ない。
昨今普及が進んでいるＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）電灯は連続的に明るさを調整できるものもあり、そのような電灯１０２の場合、エアコン１０４のように評価関数を設定すれば良い。つまり、横軸に明るさの設定値を配置し、最大の明るさ設定値（設計指針における最大値）でピークを迎えるようにすれば良い。
では、通常の電灯１０２やエレベータ１０６のようにオン／オフが“０”か“１”のような機器の場合どうすれば良いだろうか。ここが難しいところだが、本発明では、このような機器を幾つかまとめて一つの機器として制御することで解決した。例えば、電灯１０２ならフロアごとでまとめて１つの機器とみなすとか、ビル１棟でエレベータ１０６をまとめて１つの機器とみなすとかである。このように考えた上で、評価関数の横軸を機器の台数とした。最大の使用台数（設計指針における最大値）においてピークを迎え、そのピーク値が機器をまとめたものの優先度とする。
図５に、このようにして発明したオン／オフ制御しかできない電灯群の評価関数を示す。これにより、オン／オフ制御しかできない機器も好適に優先度制御が可能となる。例えば、フロア全体の電灯１０２を５０％にするという制御出力がでたならば、１台置きに電灯１０２を消すなどの制御を行う。その他のオン／オフ制御しかできない機器も図５のように評価関数を設定して制御すれば良い。
今回のケースでは、横軸が温度設定の場合でも、台数の場合でも、制御値が機器の設定値にない場合があり得る。そのような場合は、近傍の設定値を制御値にするなど、近似的な設定をすれば良い。例えば、台数の制御値が１．６となったときには２台と考えるなどである。
以上のように評価関数を機器に設定し、上記式（４）を用いれば、リアルタイムに複数の制御可能な機器１２０の電力制御を好適に行うことができる。この制御により、制御可能な機器１２０と制御が困難な機器１１０を含めたビルやシステム全体の電力を上限電力と一致させながら、各機器の優先度の総和を最大値にできる。優先度は快適度に相関していることを考えれば、快適度がその状況では最大となっていると言える。本発明の実施形態により、我慢しすぎない好適なデマンドレスポンス制御が可能となる。
図４、図５と同じような効果をもたらす評価関数の設定は他にも存在する。
その例を図６、図７に示す。これは、縦軸を優先度または快適度の逆数と同義の不快度をとったものと考えられる。不快度なので最大ではなく最小となるように制御する必要があるが、その場合は、図６、図７に示すように下に凸の関数として描いておけば、自動的に上記数４が系全体の最小状態を探索する。この場合も下に凸のピーク値の値を優先度の逆数に相関（不快度）に相関させると良い。
上記式（４）は評価関数の微分値を使うので、評価関数にオフセットとして任意の定数を加算しても同様の効果が得られる。また、最初から評価関数を凸関数の微分したものとして表現し、上記式（４）の右辺第２項を要素間の評価関数の微分値の差ではなく、評価関数の差として制御しても同様の効果が得られる。
【実施例１】
【０００９】
本発明の第１の実施例では、図８に示す構成でビル内の機器の電力制御を実施する場合の実施例を説明する。
この第１の実施例では、ビルの機器の情報をクラウド１３０上のサーバに上げ、クラウド１３０上に構築した制御部１０（図９参照）により制御を行う。評価関数は図４、図５に準じたものを使用した。制御部１０は、電力制御装置として働く。
図９にクラウド１３０上での制御部（電力制御装置）１０の各処理部の流れを示す。制御部（電力制御装置）１０は、情報取得部１２と、デマンド制御部１４と、情報伝達部１６とから構成される。
情報取得部１２は、ビルの制御可能な機器１２０の電力量、直近の計測したビル全体の電力量を取得し、それをデマンド制御部１４に渡す。デマンド制御部１４では、上記式（４）を実行できるようになっており、各制御可能な機器１２０の次の時刻での制御値（温度や台数）を式（４）にて計算する。デマンド制御部１４は、それらの値を実際に制御できる値に近似し、情報伝達部１６に出力する。情報伝達部１６は、受け取った各制御可能な機器１２０の次の時刻の制御値を各制御可能な機器１２０に伝える。
以後、上記処理を繰り返していく。デマンド制御部１４では、仮想的に各機器がネットワークで繋がれていると仮定し、近隣の機器をそのネットワークに準じて決定する。
図１０Ｃに本発明の第１の実施例の制御結果を示す。ビル全体の総電力値の時間変化である。比較のため、図１０Ｂに関連する技術である予め決められた機器を止める制御の結果を示し、図１０Ａに何も制御しない場合の結果も示す。本発明の第１の実施例を使用しない場合の結果も合わせて記載する。この図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃに「制限値」とあるのが、節電要請された電力量である。
図１０Ａに示されるように、何も制御しない場合は当然、節電要請値を超える電力を使用してしまう。
一方、図１０Ｃに示されるように、本発明の第１の実施例の場合、ビル全体の電力量が、節電要請された電力量に近づくと、優先度に応じて機器を止め、しっかり節電要請された電力量に制御されていることがわかる。
図１０Ｂに示される、関連する技術の制御では、節電要請以下に電力量を押さえているものの、節電要請よりかなり低い値となっており、不必要に節電してしまっていることがわかる。また、制御している間、非制御機器の電力が揺らぐので、総電力量も揺らいでいるのがわかる。この揺らぎの分を考慮する必要があるので、関連する技術の制御では多めの節電をすることになる。
図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃに全機器の優先度の総和を計算したものを示す。図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、ビル全体の快適度を示す図と考えても良い。図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃは、それぞれ、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃの制御を実施しているときに合わせてとった結果である。
今回の評価関数設定では、電力を上げるほど優先度が上がるので、総電力量と相関した図となっている。制御しない場合（図１１Ａ）と関連する技術の制御（図１１Ｂ）に関しては、本来、本発明の第１の実施例と同じ優先度の総和は計算できないが、本発明の第１の実施例と同じ評価関数が各機器に設定できるとしたときに、どのような値をとるかを示した。
図１１Ａに示されるように、制御しない場合は、自由に電力を使っているので当然快適度は高い。しかしながら、この場合は節電要請下でも自由に使ってしまっているので論外である。
図１１Ｃに示される本発明の第１の実施例と図１１Ｂに示される関連する技術の制御とを比べると、本発明の第１の実施例の方が、優先度総和が節電要請下で高いことがわかる。つまり、本発明の第１の実施例の方が、節電要請下でもビル全体の快適度を高めることに成功している。
以上より、本発明の第１の実施例により、節電要請下でも最大限快適な節電をすることが可能であることが実証され、本願発明の有効性が示された。
【実施例２】
【００１０】
本発明の第２の実施例では、図１２に示す構成でビル内の機器の電力制御を実施する場合の実施例を説明する。本第２の実施例では上述した第１の実施例と異なり、クラウド側で制御するのではなく、ビル内の機器それぞれに制御部２０を搭載し、自律的に各機器が電力を調整する実施例である。複数の制御部２０は、まとめて電力制御装置として働く。
機器それぞれと言っても、デジタル的にオン／オフを設定するしかない機器は上述のようにまとめてひとつの機器と見なすため、まとめて一つの制御部２０を使用する。このまとめた制御部２０は、機器の外部に追加してもよいし、各機器に制御機能があるならば、まとめた機器の中のどれかひとつを使用するのでも良い。各機器はあるネットワーク構造で連結している。ネットワーク構造は連結していれば良く、トポロジーはそれほど気にしない。
図１３に制御部２０の概略図を示す。自律的な構成になっているので、制御部２０は、やや上述した第１の実施例の制御部１０と動作が異なる。
制御部２０は、情報取得部２２と、デマンド制御部２４と、制御値設定部２６とから構成される。
情報取得部２２は、ビルの制御可能な機器１２０の電力量、直近の計測したビル全体の電力量ばかりでなく、ネットワーク的に隣接する他の制御可能な機器１２０の情報をも取得し、デマンド制御部２４にそれを渡す。デマンド制御部２４では、上記式（４）を実行できるようになっており、自身の次の時刻での制御値（温度や台数）を式（４）にて計算する。デマンド制御部２４は、それらの値を実際に制御できる制御値に近似し、制御値設定部２６に出力する。制御値設定部２６は、受け取った次の時刻の制御値を自身に設定する。以後、上記処理を繰り返していく。
実際に制御したところ、上記第１実施例と同様の結果を得た。第２の実施例においても、本発明の有効性が実証された。
なお、上記に記載した方法は、コンピュータで実行させることのできるプログラムとして、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなどの磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの光ディスク、光磁気ディスク（ＭＯ）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することもできる。
また、この記録媒体としては、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記録媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。
また、記録媒体からコンピュータにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステムや、データベース管理ソフト、ネットワークソフト等のミドルウェアなどが各処理の一部を実行してもよい。
さらに、上記記録媒体は、コンピュータと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネットなどにより伝送されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記録媒体も含まれる。
また、記録媒体は１つに限らず、複数の媒体から上記実施形態における処理が実行される場合も本発明における記録媒体に含まれ、媒体構成は何れの構成であってもよい。
コンピュータは、記録媒体に記憶されたプログラムに基づき各処理を実行するものであって、パソコンなどからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステムなどの何れの構成であってもよい。
また、コンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置を含み、プログラムによって本発明の機能を実現することが可能な機器、装置である。
以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
例えば、上述した実施例は、節電要請以下に電力を合わせる例を示したが、ピーク電力を抑えるというピークカットに本発明を使用することもできる。ピーク電力で電気料金の基本料金が決まっているので、基本料金の上限電力を制御部に設定し、本発明を実施すれば、基本料金の上限電力以上になることはなく、基本料金を抑えることができる。
また、上記実施例では、ビルの電力制御であるＢＥＭＳの例を示したが、当然、ＨＥＭＳ、ＣＥＭＳなど他のエネルギーマネジメントでも同様のことが可能である。
上記第１の実施例ではクラウド上のサーバにデータをアップロードして制御を行ったが、クラウドに限定されず、ビルや家屋内にサーバを置いて同様の制御を行っても構わない。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）  複数の機器を備えた電力消費システムの電力を制御する電力制御装置であって、前記複数の機器は、制御可能な機器と制御が困難な機器とに分けられ、
前記電力制御装置は、
前記制御可能な機器の電力量と、直近に計測した電力消費システム全体の電力量とを取得する情報取得部と、
前記電力消費システム全体に対する上限電力量が設定されたときに、前記制御可能な機器の電力量を、前記制御可能な機器それぞれに設定された評価関数および前記制御可能な機器それぞれに設定された微分方程式をもとに制御するデマンド制御部と、
を有することを特徴とする電力制御装置。
（付記２）  前記デマンド制御部は、前記上限電力量と前記直近に計測した電力消費システム全体の電力量との間の差を無くすように制御する、ことを特徴とする付記１に記載の電力制御装置。
（付記３）  前記デマンド制御部は、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で比較し、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で等しくなるように制御する、ことを特徴とする付記２に記載の電力制御装置。
（付記４）  前記微分方程式は、上記式（４）で表される、付記３に記載の電力制御装置。
（付記５）  前記評価関数は、前記制御可能な機器の電力量に対する関数であって、前記制御可能な機器の優先度に相関したピーク値を持つ、ことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の電力制御装置。
（付記６）  前記評価関数は、前記制御可能な機器の個数に対する関数であって、前記制御可能な機器の優先度に相関したピーク値を持つ、ことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の電力制御装置。
（付記７）  複数の機器を備えた電力消費システムの電力を制御する電力制御方法であって、前記複数の機器は、制御可能な機器と制御が困難な機器とに分けられ、
前記電力制御方法は、
前記制御可能な機器の電力量と、直近に計測した電力消費システム全体の電力量とを取得する情報取得ステップと、
前記電力消費システム全体に対する上限電力量が設定されたときに、前記制御可能な機器の電力量を、前記制御可能な機器それぞれに設定された評価関数および前記制御可能な機器それぞれに設定された微分方程式をもとに制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする電力制御方法。
（付記８）  前記制御ステップは、前記上限電力量と前記直近に計測した電力消費システム全体の電力量と間の差を無くすように制御する、ことを特徴とする付記７に記載の電力制御方法。
（付記９）  前記制御ステップは、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で比較し、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で等しくなるように制御する、ことを特徴とする付記８に記載の電力制御方法。
（付記１０）  前記微分方程式は、上記式（４）で表される、付記９に記載の電力制御装置。
（付記１１）  前記評価関数は、前記制御可能な機器の電力量に対する関数であって、前記制御可能な機器の優先度に相関したピーク値を持つ、ことを特徴とする付記７乃至１０のいずれか１つに記載の電力制御方法。
（付記１２）  前記評価関数は、前記制御可能な機器の個数に対する関数であって、前記制御可能な機器の優先度に相関したピーク値を持つ、ことを特徴とする付記７乃至１０のいずれか１つに記載の電力制御方法。
（付記１３）  複数の機器を備えた電力消費システムの電力を、コンピュータに制御させる電力制御プログラムであって、前記複数の機器は、制御可能な機器と制御が困難な機器とに分けられ、
前記コンピュータに、
前記制御可能な機器の電力量と、直近に計測した電力消費システム全体の電力量とを取得させる情報取得手順と、
前記電力消費システム全体に対する上限電力量が設定されたときに、前記制御可能な機器の電力量を、前記制御可能な機器それぞれに設定された評価関数および前記制御可能な機器それぞれに設定された微分方程式をもとに制御させる制御手順と、
を実行させるための電力制御プログラム。
（付記１４）  前記制御手順は、前記コンピュータに、前記上限電力量と前記直近に計測した電力消費システム全体の電力量と間の差を無くすように制御させる、付記１３に記載の電力制御プログラム。
（付記１５）  前記制御手順は、前記コンピュータに、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で比較させ、前記評価関数から導き出される微分値を前記制御可能な機器間で等しくなるように制御させる、付記１４に記載の電力制御プログラム。
（付記１６）  前記微分方程式は、上記式（４）で表される、付記１５に記載の電力制御プログラム。
（付記１７）  前記評価関数は、前記制御可能な機器の電力量に対する関数であって、前記制御可能な機器の優先度に相関したピーク値を持つ、ことを特徴とする付記１３乃至１６のいずれか１つに記載の電力制御プログラム。
（付記１８）  前記評価関数は、前記制御可能な機器の個数に対する関数であって、前記制御可能な機器の優先度に相関したピーク値を持つ、ことを特徴とする付記１３乃至１６のいずれか１つに記載の電力制御プログラム。
この出願は、２０１３年６月２４日に出願された日本出願特願第２０１３−１３１３４２号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【符号の説明】
【００１１】
１０    制御部（電力制御装置）
１２    情報取得部
１４    デマンド制御部
１６    情報伝達部
２０    制御部（電力制御装置）
２２    情報取得部
２４    デマンド制御部
２６    制御値設定部
１００    電力消費システム
１０２    電灯
１０４    エアコン
１０６    エレベータ
１１０    非制御機器群（制御が困難な機器）
１２０    制御対象（制御可能な機器）
１３０    クラウド
【図１】
2014208299.tif 000008
【図２】
2014208299.tif 000009
【図３】
2014208299.tif 000010
【図４】
2014208299.tif 000011
【図５】
2014208299.tif 000012
【図６】
2014208299.tif 000013
【図７】
2014208299.tif 000014
【図８】
2014208299.tif 000015
【図９】
2014208299.tif 000016
【図１０Ａ】
2014208299.tif 000017
【図１０Ｂ】
2014208299.tif 000018
【図１０Ｃ】
2014208299.tif 000019
【図１１Ａ】
2014208299.tif 000020
【図１１Ｂ】
2014208299.tif 000021
【図１１Ｃ】
2014208299.tif 000022
【図１２】
2014208299.tif 000023
【図１３】
2014208299.tif 000024
【国際調査報告】
2014208299.tif 000025
2014208299.tif 000026