(57)【要約】      （修正有）【課題】最適解を得るまでの時間を短縮することができるエネルギーマネジメントシステム、電力需給計画最適化方法および電力需給計画最適化プログラムを提供する。【解決手段】エネルギーマネジメントシステム２０は、最適化の指標である目的関数の最適化問題を解くことにより、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における機器に対する制御値を含む需給計画の最適解を得る需給計画計算部２２ｂと、需給計画計算部２２ｂにおいて最適化問題が解かれる際の探索の初期値を生成する初期値生成部２２ａと、を備え、需給計画計算部２２ｂは、計画期間よりも短い間隔で最適化問題を繰り返し解くことにより、需給計画の最適解を更新し、初期値生成部２２ａは、需給計画計算部２２ｂによる計算時よりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて、計画期間内の少なくとも１つの時刻に対応する探索の初期値成分を生成する。【選択図】図２
2016040997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置を含む出力制御可能な機器と再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化するエネルギーマネジメントシステムであって、
最適化の指標である目的関数の最適化問題を解くことにより、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における、前記機器に対する制御値を含む前記需給計画の最適解を得る需給計画計算部と、
前記需給計画計算部において前記最適化問題が解かれる際の探索の初期値を生成する初期値生成部と、を備え、
前記需給計画計算部は、前記計画期間よりも短い間隔で前記最適化問題を繰り返し解くことにより、前記需給計画の最適解を更新し、
前記初期値生成部は、前記需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて、前記計画期間内の少なくとも１つの時刻に対応する探索の初期値成分を生成する、エネルギーマネジメントシステム。
【請求項２】
前記初期値生成部は、前記需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の、前記計画期間内の特定時刻に対応する最適解成分に基づいて、当該特定時刻に対応する探索の初期値成分を生成する、請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステム。
【請求項３】
前記初期値生成部は、前記需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の、前記特定時刻に対応する最適解成分を、当該特定時刻に対応する探索の初期値成分とする、請求項２に記載のエネルギーマネジメントシステム。
【請求項４】
前記初期値生成部は、前記需給計画計算部による計算時よりも前に得られた、前記計画期間内の各時刻に対応する最適解成分の有無を判断し、当該最適解成分がないと判断された時刻について、当該時刻以前の1つ以上の時刻に対応する既得の最適解成分に基づいて、当該時刻に対応する初期値成分を生成する、請求項１に記載のエネルギーマネジメントシステム。
【請求項５】
蓄電装置を含む出力制御可能な機器と再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化する電力需給計画最適化方法であって、
エネルギーマネジメントシステムが、最適化の指標である目的関数の最適化問題の探索の初期値を生成する初期値生成ステップと、
前記エネルギーマネジメントシステムが、前記初期値生成ステップにおいて生成された初期値を用いて前記最適化問題を解くことにより、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における前記機器に対する制御値を含む前記需給計画の最適解を得る需給計画計算ステップと、を含み、
前記エネルギーマネジメントシステムは、前記計画期間よりも短い間隔で前記需給計画計算ステップを繰り返し実施し、
前記初期値生成ステップでは、当該初期値生成ステップに続く需給計画計算ステップよりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて、前記計画期間内の少なくとも１つの時刻に対応する探索の初期値成分を生成する、電力需給計画最適化方法。
【請求項６】
蓄電装置を含む出力制御可能な機器と再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画をエネルギーマネジメントシステムに最適化させる電力需給計画最適化プログラムであって、
前記エネルギーマネジメントシステムを、
最適化の指標である目的関数の最適化問題を解くことにより、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における前記機器に対する制御値を含む前記需給計画の最適解を得る需給計画計算部であって、前記計画期間よりも短い間隔で前記最適化問題を繰り返し解くことにより、前記需給計画の最適解を更新する需給計画計算部と、
前記需給計画計算部において前記最適化問題が解かれる際の探索の初期値を生成する初期値生成部であって、前記需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて、前記計画期間内の少なくとも１つの時刻に対応する探索の初期値成分を生成する初期値生成部と、
して機能させる電力需給計画最適化プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーマネジメントシステム、電力需給計画最適化方法および電力需給計画最適化プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されるように、太陽光発電機である発電システムと電気負荷とを備え、外部電力系統に接続された電力供給システムが知られている。このシステムは、充放電計画制御部を備えている。充放電計画制御部は、電力負荷の使用履歴に基づいて算出される電気負荷の予測電力量と、天気予測によって予測される発電システムの予測発電量とを算出する。充放電計画制御部は、電気負荷の消費電力量の時間毎の推移を示す予測消費スケジュールと、発電システムの発電量の時間毎の推移を示す予測発電スケジュールとを算出する。充放電計画制御部は、予測電力量と予測発電量とに基づいて、予測蓄電量を決定し、予測消費スケジュールと予測発電スケジュールとに基づいて、充放電計画を決定する。
【０００３】
充放電計画制御部は、充放電計画に基づく予測値と、蓄電量の推移に基づく実測値とを比較する。充放電計画制御部は、予測値と実測値との差を算出し、その差が許容値の範囲内であるか否かを判断する。充放電計画制御部は、その差が許容値の範囲外である場合、予測消費スケジュールと予測発電スケジュールとを再び算出し、充放電計画を新たに決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２２８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、再生可能エネルギー発電機、自家発電機および蓄電可能設備と、負荷とからなるマイクログリッドが検討されている。再生可能エネルギー発電機としては、太陽光発電機または風力発電機などが採用され得る。蓄電可能設備としては、蓄電池または電気自動車などが採用され得る。このマイクログリッドは、外部系統に接続される。マクログリッドに設けられるエネルギーマネジメントシステムは、自家発電機および蓄電可能設備を制御する機能を有する。エネルギーマネジメントシステムは、なんらかの指標（たとえばグリッド運用コスト)を目的関数として、将来一定期間の需給計画を最適化する。
【０００６】
需給計画最適化の入力となる情報（パラメータ）は、たとえば、上記した機器の現在値、発電量の予測値または需要量の予測値である。予測値と実測値（現在値）は必ずしも一致しないため、エネルギーマネジメントシステムの稼働中は、最新のパラメータを定期的に反映し、需給計画を更新していく必要がある。需給計画の更新間隔は短いほどよいが、そのためには、最適化計算に要する時間を短縮する必要がある。
【０００７】
需給計画の最適化問題では、解析的手法（いわゆる式変形）によって最適解を直接求めることは困難である。そこで、何らかの初期値を設定し、この初期値を徐々に改善して最適解に近づけていく、いわゆる反復的計算を行うことにより、最適解が求められる。上記した従来の技術では、最新の実測値（現在値）および予測値に基づき需給計画を更新しているものの、初期値の定め方に関して言及されていない。よって、最適化問題を解く際の初期値の設定によっては、最適解を得るまでに要する時間が長くなり得る。このような背景から、最適解を得るまでの時間を短縮することが求められている。
【０００８】
本発明は、最適解を得るまでの時間を短縮することができるエネルギーマネジメントシステム、電力需給計画最適化方法および電力需給計画最適化プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、蓄電装置を含む出力制御可能な機器と再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化するエネルギーマネジメントシステムであって、最適化の指標である目的関数の最適化問題を解くことにより、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における、機器に対する制御値を含む需給計画の最適解を得る需給計画計算部と、需給計画計算部において最適化問題が解かれる際の探索の初期値を生成する初期値生成部と、を備え、需給計画計算部は、計画期間よりも短い間隔で最適化問題を繰り返し解くことにより、需給計画の最適解を更新し、初期値生成部は、需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて、計画期間内の少なくとも１つの時刻に対応する探索の初期値成分を生成する。
【００１０】
このエネルギーマネジメントシステムによれば、需給計画計算部によって、最適化の指標である目的関数の最適化問題が解かれる。需給計画計算部によって、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における機器に対する制御値を含む、需給計画の最適解が得られる。目的関数の最適化問題を解くにあたっては、初期値を与える必要があるが、初期値生成部によって、探索の初期値が生成される。ここで、初期値生成部は、需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて、探索の初期値を生成する。マイクログリッドの需給計画に影響するパラメータ（たとえば、発電機による発電量の予測値）の時間変化は、基本的に緩やかである。よって、計画期間内の各時刻に対応する最適解成分の時間変化も緩やかである。そのため、時間が経過し、再度最適化計算を行った場合でも、得られる最適解の計画期間内の各時刻に対応する最適解成分は、既得の最適解成分と近い値であると考えられる。よって、計算時よりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて探索の初期値を新たな最適化問題の最適解の近傍に生成することにより、いわゆる反復的計算を行う場合においても、最適解を得るまでの時間を短縮することができる。
【００１１】
いくつかの態様において、初期値生成部は、需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の、計画期間内の特定時刻に対応する最適解成分に基づいて、当該特定時刻に対応する探索の初期値成分を生成する。このことにより、新たな最適化問題の探索の初期値を最適解の近傍に設定して計算を開始することができ、最適解を短時間で得ることができる。
【００１２】
いくつかの態様において、初期値生成部は、需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の、特定時刻に対応する最適解成分を、当該特定時刻に対応する探索の初期値成分とする。このことにより、新たな最適化問題の探索の初期値を最適解の近傍に設定して計算を開始することができ、最適解を短時間で得ることができる。
【００１３】
いくつかの態様において、初期値生成部は、需給計画計算部による計算時よりも前に得られた、計画期間内の各時刻に対応する最適解成分の有無を判断し、当該最適解成分がないと判断された時刻について、当該時刻以前の1つ以上の時刻に対応する既得の最適解成分に基づいて、当該時刻に対応する初期値成分を生成する。この場合、初期値生成部は、需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の、計画期間内の各時刻に対応する最適解成分の有無をそれぞれ判断する。初期値生成部は、ある時刻において既得の最適解成分がないと判断した場合、既得の最適解のうち、当該時刻以前の単一あるいは複数時刻に対応する成分に基づいて当該時刻に対応する初期値成分を生成する。マイクログリッドにおいては、機器の制御値（最適化問題上は独立変数となる）の推移はランダムなものではなく、ある程度の滑らかさを有すると考えられるため、上記のような手法を用いて、最適解成分の合理的な見積り（初期値として設定する値）が得られる。よって、計画期間内に既得の最適解成分がない時刻に対しても、上記の考え方を用いて当該時刻の初期値成分を合理的に設定でき、最適解を短時間で得ることができる。
【００１４】
本発明は、蓄電装置を含む出力制御可能な機器と再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画を最適化する電力需給計画最適化方法であって、エネルギーマネジメントシステムが、最適化の指標である目的関数の最適化問題の探索の初期値を生成する初期値生成ステップと、エネルギーマネジメントシステムが、初期値生成ステップにおいて生成された初期値を用いて最適化問題を解くことにより、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における機器に対する制御値を含む需給計画の最適解を得る需給計画計算ステップと、を含み、エネルギーマネジメントシステムは、計画期間よりも短い間隔で需給計画計算ステップを繰り返し実施し、初期値生成ステップでは、当該初期値生成ステップに続く需給計画計算ステップよりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて、計画期間内の少なくとも１つの時刻に対応する探索の初期値成分を生成する。この電力需給計画最適化方法によれば、上記したエネルギーマネジメントシステムと同様の作用効果が奏される。
【００１５】
本発明は、蓄電装置を含む出力制御可能な機器と再生可能エネルギーにより発電を行う発電機と負荷とを備えると共に外部電力系統に接続されたマイクログリッドにおける、エネルギーの需給計画をエネルギーマネジメントシステムに最適化させる電力需給計画最適化プログラムであって、エネルギーマネジメントシステムを、最適化の指標である目的関数の最適化問題を解くことにより、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における機器に対する制御値を含む需給計画の最適解を得る需給計画計算部であって、計画期間よりも短い間隔で最適化問題を繰り返し解くことにより、需給計画の最適解を更新する需給計画計算部と、需給計画計算部において最適化問題が解かれる際の探索の初期値を生成する初期値生成部であって、需給計画計算部による計算時よりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて、計画期間内の少なくとも１つの時刻に対応する探索の初期値成分を生成する初期値生成部と、して機能させる。この電力需給計画最適化プログラムによれば、上記したエネルギーマネジメントシステムおよび電力需給計画最適化方法と同様の作用効果が奏される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、最適解を得るまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態のエネルギーマネジメントシステムが適用された電力供給システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１中のエネルギーマネジメントシステムの機能ブロック図である。
【図３】図２のエネルギーマネジメントシステムにおいて実行される処理を示すフローチャートである。
【図４】図３中の需給計画最適化処理を示すフローチャートである。
【図５】繰り返し実施される需給計画計算処理における初期値設定を説明するための図である。
【図６】既得の最適解成分を新たな最適化問題における探索の初期値成分として用いる例を概念的に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の電力需給計画最適化プログラムが格納された記憶媒体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１を参照して、本実施形態に係るエネルギーマネジメントシステムが適用された電力供給システム１について説明する。図１に示されるように、電力供給システム１は、複数種類の発電機と電力消費機器とを備えたマイクログリッドＧと、マイクログリッドＧにおける各機器の制御値を計算するエネルギーマネジメントシステム２０とを備える。以下の説明において、「エネルギーマネジメントシステム」を「ＥＭＳ」と略称する。図１において、実線の矢印は電気の流れを示しており、破線の矢印は情報の流れを示している。
【００２０】
電力供給システム１は、たとえばビルまたは工場等を所有する需要家によって利用され得る。電力供給システム１は、たとえば再生可能エネルギー発電機を所有する売電事業者によって利用され得る。ＥＭＳ２０は、このような需要家または売電事業者に対して、最適化されたエネルギーの需給計画を提供する。
【００２１】
マイクログリッドＧは、太陽光発電機３および風力発電機４を含む再生可能エネルギー発電機５と、化石燃料を用いて発電を行う原動機７とを備える。原動機７としては、たとえばガスタービンを用いることができる。また、原動機７として、コージェネレーション用ガスタービンを用いることもできる。マイクログリッドＧは、マイクログリッドＧ内の電力を消費する負荷６と、マイクログリッドＧ内の電力を用いて走行する電気自動車（蓄電装置）８とを更に備える。負荷６は、電力を消費する複数の機器を含み得る。電気自動車８は、図示しない蓄電池を含んでおり、電力を蓄電および放電可能である。電気自動車８は、たとえば充電スタンドを含み得る。マイクログリッドＧは、電力を蓄電および放電可能な蓄電池（蓄電装置）９を更に備える。蓄電池９としては、たとえばリチウムイオン電池を用いることができる。マイクログリッドＧは、上記した複数の電力機器が電気的に接続されたグリッド制御装置１０を備える。グリッド制御装置１０は、外部電力系統２に接続されている。言い換えれば、上記した複数の電力機器のそれぞれは、グリッド制御装置１０を介して外部電力系統２に接続されている。
【００２２】
マイクログリッドＧにおける使用電力は、再生可能エネルギー発電機５または原動機７または電気自動車８または蓄電池９によって賄われる。その他、マイクログリッドＧでは、外部電力系統２から電力を購入（すなわち買電）したり、外部電力系統２に対する逆潮流により電力を売却（すなわち売電）したりすることが可能である。一般的に、買電価格は電力会社との契約に依存するが、本実施形態では、買電価格は時間帯に依存して変化することを想定する。売電価格は、たとえば「電気事業者による再生可能エネルギー電気の調達に関する特別措置法」により規定される。なお、買電価格または売電価格は、上記の制度とは別に定められてもよい。
【００２３】
グリッド制御装置１０は、たとえばＣＰＵ（Central  Processing  Unit)、ＲＯＭ(Read  Only  Memory)、およびＲＡＭ(Random  Access  Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、を備えている。グリッド制御装置１０は、グリッド制御装置１０に接続された電力機器を統括的に制御する。グリッド制御装置１０は、電気の流れを制御するための制御回路および蓄電池等を備える。グリッド制御装置１０は、外部電力系統２からの受電電力および外部電力系統２への逆潮流電力を制御する。グリッド制御装置１０と各電力機器とは、互いに情報通信を行うことができる。グリッド制御装置１０は、各電力機器の現在状態に関する情報等を取得する。グリッド制御装置１０は、各電力機器に制御値を出力する。グリッド制御装置１０は、取得した各電力機器に関する情報を記憶する。グリッド制御装置１０は、各電力機器に関する情報をＥＭＳ２０に送信する。
【００２４】
上記したグリッド制御装置１０の各電力機器のうち、原動機７、電気自動車８および蓄電池９は、グリッド制御装置１０によって出力制御可能な機器に相当する。
【００２５】
ＥＭＳ２０は、たとえばＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭ等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、から構成されたコンピュータである。ＥＭＳ２０は、後述する電力需給計画最適化プログラム１２０を含んでいる。ＥＭＳ２０とグリッド制御装置１０とは、互いに情報通信を行うことができる。ＥＭＳ２０とグリッド制御装置１０とは、インターネットを介して通信可能であってもよいし、有線または無線のＬＡＮ等を介して通信可能であってもよい。ＥＭＳ２０は、マイクログリッドＧ内の各電力機器に対する制御値を計算する機能を有する。言い換えれば、ＥＭＳ２０は、グリッド制御装置１０に制御値を送信することにより、グリッド制御装置１０を通じて、マイクログリッドＧ内の各電力機器を制御する。
【００２６】
より詳細には、ＥＭＳ２０は、ある一定の指標を目的関数として、マイクログリッドＧにおける将来一定期間のエネルギーの需給計画を最適化する。最適化の指標すなわち目的関数としては、たとえば、グリッド運用コストすなわち計画期間（たとえば一日）を通しての電気料金の最小化、計画期間を通しての受電電力変動量の最小化、排出ＣＯ２の最小化等が挙げられる。ＥＭＳ２０は、目的関数の最適化問題を解くことにより、需給計画を計算する。目的関数は、上記した３つの指標以外の指標であってもよい。目的関数とされる指標は、特に限定されない。また、目的関数は複数の目的関数の加重和で定義されていてもよい。
【００２７】
目的関数の独立変数としては、たとえば、以下の表１に示される変数が挙げられる。独立変数は、マイクログリッドＧ内において制御可能なものであれば、何であってもよい。マイクログリッドＧ内の制御可能機器である原動機７、電気自動車８、蓄電池９の数は全体で１以上であれば任意個であってよく、機器ごとに異なる性能を有していてもよい。
【表１】
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【００２８】
一方で、電力供給システム１は、マイクログリッドＧにおける需要電力量および発電量の予測値を記憶する需要・発電量予測データベース１２を備える。ＥＭＳ２０と需要・発電量予測データベース１２とは、互いに情報通信を行うことができる。ＥＭＳ２０は、特定の日時における需要電力量および発電量の予測値を需要・発電量予測データベース１２から取得する。需要・発電量予測データベース１２に記憶される需要電力量および発電量の予測値は、定期的に更新される。
【００２９】
ＥＭＳ２０は、グリッド制御装置１０から取得するマイクログリッドＧの各電力機器に関する最新の情報（たとえば機器状態等）と、需要・発電量予測データベース１２から取得する発電量および需要電力量に関する最新の情報（たとえば予測値等）とに基づいて、需給計画を修正する（すなわち需給計画を更新する）。マイクログリッドＧの各電力機器に関する情報（たとえば機器状態等）および／または発電量および需要電力量に関する情報（たとえば予測値等）は、需給計画の計算において、パラメータとして用いられる。すなわち、パラメータは、再生可能エネルギー発電機５、原動機７、蓄電池９および負荷６の少なくとも１つに関する現在値または予測値を含んでいる。具体的なパラメータとしては、たとえば、以下の表２に示される各種のパラメータが挙げられる。
【００３０】
【表２】
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上表において、ＳＯＣは充放電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を意味し、満充電の状態を１００％としたときの充電率を表す。ＰＣＳはパワーコンディショナ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ）を意味する。
【００３１】
なお、マイクログリッドＧにおいては、独立変数やパラメータは最適化問題の構築の仕方に依存するため、同じグリッドに対して唯一には定まらない。たとえば、蓄電池９の充放電電力を独立変数にとると、ＳＯＣは従属変数となる。一方、ＳＯＣを独立変数とすると、蓄電池９の充放電電力を従属変数とする定式化も可能である。
【００３２】
ＥＭＳ２０は、需給計画の計算において、所与の制約条件のもとで目的関数を最小化するような独立変数の値を求める。たとえば、ＥＭＳ２０は、目的関数の最適化問題を解くことにより、原動機７における各時刻の発電電力を計算する。ＥＭＳ２０は、電気自動車８における各時刻の充放電電力を計算する。ＥＭＳ２０は、蓄電池９における各時刻の充放電電力を計算する。ＥＭＳ２０は、原動機７の発電電力、電気自動車８の充放電電力、蓄電池９の充放電電力に従属するかたちで、外部電力系統２から購入する各時刻の受電電力を計算する。
【００３３】
図２を参照して、ＥＭＳ２０の機能構成について説明する。ＥＭＳ２０は、統括制御部２０ａと、通信部２１と、計算部２２と、記憶部２３と、表示部２４とを備える。統括制御部２０ａは、ＥＭＳ２０における処理を統括制御する。統括制御部２０ａは、たとえば、需給計画計算時刻であるか否かを逐次判断する。通信部２１は、グリッド制御装置１０および需要・発電量予測データベース１２に対して情報通信を行う入出力部である。計算部２２は、需給計画を計算する。
【００３４】
計算部２２は、初期値生成部２２ａと、需給計画計算部２２ｂと、需給計画採否判断部２２ｃと、表示制御部２２ｄとを含む。初期値生成部２２ａは、需給計画計算部２２ｂにおいて最適化問題が解かれる際の、探索の初期値を生成する。需給計画計算部２２ｂは、最適化問題を解くことにより、需給計画を計算する。より詳しくは、需給計画計算部２２ｂは、最適化問題を解くことにより、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における需給計画の最適解を得る。この最適解は、原動機７、電気自動車８および蓄電池９等の出力制御可能な機器に対する制御値を含んでいる。また、需給計画計算部２２ｂは、グリッド制御装置１０および需要・発電量予測データベース１２から、パラメータを取得する。需給計画採否判断部２２ｃは、需給計画計算部２２ｂによって計算された需給計画の採否を判断する。需給計画採否判断部２２ｃは、需給計画を採用する場合、その需給計画を需給計画記憶部２３ｃへ保存する。表示制御部２２ｄは、需給計画の計算結果に応じて表示部２４を制御する。
【００３５】
記憶部２３は、ハードディスク装置またはフラッシュメモリなどを有している。記憶部２３は、問題記憶部２３ａと、パラメータ記憶部２３ｂと、需給計画記憶部２３ｃとを含む。問題記憶部２３ａは、需給計画計算部２２ｂによって解かれる最適化問題を記憶する。パラメータ記憶部２３ｂは、需給計画計算部２２ｂによって取得されたパラメータを記憶する。需給計画記憶部２３ｃは、需給計画計算部２２ｂによって計算された需給計画を記憶する。
【００３６】
表示部２４は、たとえばディスプレイであり、パラメータ、需給計画等を表示する。表示部２４は、パラメータ、需給計画等に含まれる詳細な情報を表示してもよい。たとえば、表示部２４は、タッチパネル等を備えており、マイクログリッドＧ内の電力機器が選択されることにより、当該電力機器の運転スケジュール（充放電スケジュールまたは発電スケジュール等）を表示してもよい。表示部２４は、計算部２２によって制御されて、ＥＭＳ２０のユーザに対して所定のメッセージ（たとえば案内メッセージまたは警告メッセージ等）を表示してもよい。
【００３７】
図３を参照して、ＥＭＳ２０において実行される処理、すなわち本実施形態の電力需給計画最適化方法について説明する。以下の処理は、ＥＭＳ２０が起動している間、定期的に実行される。図３に示されるように、統括制御部２０ａは、需給計画計算時刻であるか否かを逐次判断する（ステップＳ０１）。統括制御部２０ａによって需給計画が計算される頻度は、たとえば３０分間隔とすることができる。ステップＳ０１において需給計画時間であると判断すると、統括制御部２０ａは、需給計画計算部２２ｂに需給計画最適化計算の指令を与える。その指令を受けて、需給計画計算部２２ｂは、最適化問題を解くことにより、需給計画を計算する（ステップＳ０２）。一方、ステップＳ０１において需給計画時間ではないと判断すると、統括制御部２０ａは、ステップＳ０１の判断を繰り返す。
【００３８】
ステップＳ０２の需給計画最適化において、需給計画計算部２２ｂは、具体的に需給計画最適化問題を解き、なんらかの解を取得する。本ステップの詳細は後述する。
【００３９】
需給計画を計算する際、特定日の需給計画のみを考慮して需給計画を計算してもよい。たとえば、初回の需給計画計算時は０：００〜２４：００の計画を計算し、次回は０：３０分〜２４：００の計画を計算してもよい。また、日付を考慮せず、常に２４時間先までの需給計画を計算してもよい。たとえば、初回の需給計画計算時は０：００〜２４：００の計画を計算し、次回は０：３０分〜翌０：３０の計画を計算してもよい（図５参照）。
【００４０】
需給計画採否判断部２２ｃは、需給計画計算部２２ｂによって得られた最適解すなわち需給計画を採用するか否かを判断する（ステップＳ０３）。このステップＳ０３において、需給計画採否判断部２２ｃは、ステップＳ０２で計算された需給計画を吟味して、需給計画として採用する場合は需給計画記憶部２３ｃに保存する。ステップＳ０２において、実行可能な解が得られた場合は、需給計画採否判断部２２ｃは無条件にその解を需給計画記憶部２３ｃに保存し、需給計画を更新する（ステップＳ０４）。
ステップＳ０２において実行不可能な解が得られた場合でも、その原因が将来の制約を満たせないことによるものである場合、現時刻に関する制約をすべて満たすことを条件として、需給計画採否判断部２２ｃは、その解を暫定的に需給計画として採用する（ステップＳ０５）。表示制御部２２ｄは、表示部２４に警告メッセージを表示する（ステップＳ０６）。需給計画採否判断部２２ｃは、その解を需給計画記憶部２３ｃに保存し、需給計画を更新する（ステップＳ０４）。
【００４１】
このようなケースとしては、需要ピーク時に蓄電池ＳＯＣ（充放電状態；Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が不足する等が挙げられる。このようなケースにおいても、天候の変動にともなう再生可能エネルギー発電機５の発電量の増加により、将来的に実行可能解が得られる可能性があるため、必ずしも実行可能解を得るのに失敗した段階で図３の処理を終了する必要はない。ステップＳ０６において、表示部２４に表示される警告メッセージとしては、制約違反内容に応じて、たとえば「現状の予測では将来的にＳＯＣが不足する可能性があります」等が挙げられる。またステップＳ０２で計算された需給計画が現時刻時点で実行不可能な場合は（ステップＳ０５；ＮＯ）、需給計画採否判断部２２ｃはその解を棄却したうえで、図３に示される処理を終了する。
【００４２】
ＥＭＳ２０は、上記ステップＳ０２の需給計画最適化処理に特徴を有する。図４を参照して、ステップＳ０２の需給計画最適化処理について説明する。まず、初期値生成部２２ａは、今行う需給計画の計画期間の最初の時刻（ステップＳ１１）の独立変数に関して、計算済みの最適解成分が需給計画記憶部２３ｃに保存されているか否か判断する（ステップＳ１２）。ここで計画期間とは、ＥＭＳ２０による計算時から一定期間を意味し、たとえば一日である。当該時刻の独立変数に関して計算済みの最適解成分が存在する場合、初期値生成部２２ａは、その既存の最適解成分に基づいて当該時刻の独立変数の初期値成分を生成する（ステップＳ１３）。当該時刻の独立変数に対して計算済みの最適解成分が存在しない場合、初期値生成部２２ａは、規定の初期値成分を生成する（ステップＳ１４）。なお、単に「最適解」または「初期値」という場合、計画期間の全時刻の独立変数値を含むベクトルを意味する。一方、「最適解成分」または「初期値成分」という場合、ベクトルの一部分（たとえばある時刻に関する制御値に対応する独立変数）を意味する。
【００４３】
ここで、ステップＳ１３における計算済みの（既存の）最適解とは、前回以前に需給計画計算部２２ｂにより需給計画の計算が行われた結果、需給計画記憶部２３ｃに保存された最適解である。すなわち、初期値生成部２２ａは、需給計画計算部２２ｂによる計算時よりも前に得られた、当該時刻（需給計画の計画期間の最初の時刻）の最適解成分を需給計画記憶部２３ｃから取得し、当該時刻の独立変数の初期値とする。また、ステップＳ１４における規定の初期値とは、たとえば、独立変数が原動機７の発電電力である場合は、０（零）とすることができる。また、独立変数が電気自動車８または蓄電池９の充放電電力である場合は、電気自動車８または蓄電池９の充放電電力の現在値とすることができる。
【００４４】
統括制御部２０ａは、初期値生成部２２ａに指令を与え、単位時間（たとえば１時間または３０分）ずつ増加した各時刻の独立変数に関し、初期値生成部２２ａにステップＳ１２〜Ｓ１４の処理を繰り返させる。初期値生成部２２ａが需給計画の計画期間における最後の時刻の独立変数に関してステップＳ１２〜Ｓ１４の処理を実施すると、統括制御部２０ａは、初期値生成部２２ａに指令を与えて、ステップＳ１２〜Ｓ１４の処理を終了させる。すなわち、統括制御部２０ａは、初期値生成部２２ａに対して、計画期間中の時刻点数の数だけループ処理を行わせる。
【００４５】
上記の処理を経て、計画期間内のすべての時刻の独立変数に関して初期値が生成されると、需給計画計算部２２ｂは、それらの初期値を基に最適化計算を実施する（ステップＳ１６）。そして、需給計画計算部２２ｂは、得られた最適解を需給計画採否判断部２２ｃに出力する（ステップＳ１７）。
【００４６】
図５を参照して、繰り返し実施される需給計画の計算処理における初期値について説明する。図５に示されるように、たとえば、初回の需給計画計算時（すなわち時刻０:００の時点）において、０：００〜２４：００の期間内のすべての時刻に対して、計算済みの最適解が存在しない場合を想定する。この場合、初期値生成部２２ａは、適当な探索初期値を生成（設定）する。たとえば、上記したように、独立変数が原動機７の発電電力である場合は、０（零）とすることができる。独立変数が電気自動車８または蓄電池９の充放電電力である場合は、電気自動車８または蓄電池９の充放電電力の現在値とすることができる。
【００４７】
統括制御部２０ａが次に需給計画を計算する際（たとえば３０分後の０：３０の時点）においては、０：３０〜２４：００の範囲においては、０：００の計算時に得られた最適解成分が存在し、需給計画記憶部２３ｃに記憶されている。この場合、初期値生成部２２ａは、０：３０〜２４：００の範囲内の各時刻（各々が特定時刻に相当する）に対して、既得の対応する時刻の最適解成分を初期値成分として生成（設定）する。ただし、０：３０〜翌０：３０の範囲においては計算済みの最適解成分が存在しないため、初期値生成部２２ａは、適当な探索初期値を生成（設定）する。
【００４８】
図５に示される例では、計画期間のうち、計算が繰り返される時間間隔（上記の場合３０分）に相当する最後の時刻において、計算済みの最適解成分が存在しないこととなる。その最後の時刻を除く時刻（すなわち前回の計算の計画期間と重なっている時刻）では、初期値生成部２２ａは、前回の計算時に得られた最適解成分を初期値成分として設定する。
【００４９】
上記したように、ＥＭＳ２０の需給計画計算部２２ｂは、計画期間よりも短い間隔で最適化問題を繰り返し解くことにより、需給計画の最適解を更新する。このように逐次計算される需給計画を数式で表すことを試みる。以下の説明において、記号ｔは最適化計算を実行する実際の時刻（たとえば０時〜２３時）である。記号Ｔは、計画期間である。ベクトルｘ（t）は、ある実時刻ｔの段階における需給計画であり、その成分ｘｔ（ｔ）,…ｘｔ+Ｔ（ｔ）は、上付き添え字の計画時刻に対応する制御値である。制御値としては、たとえば上述の表１に挙げたような項目が存在する。各計画時刻に対応する制御値は複数種類存在してもよいが、以下では簡単のため、１種類の制御機器（たとえば蓄電池）のみ存在するものとして数式を記述している。記号Ａ（ｘｉｎｉｔ,ｔ）は、初期値ｘｉｎｉｔを引数として、最適解ｘｏｐｔを返すアルゴリズムであり、このアルゴリズムＡ自体も、たとえば発電量予測値の変化などにより、時刻ｔに依存して変化する。なお、本実施形態で用いられるアルゴリズムに特に制限はない。
【００５０】
ここで、実時刻ｔに計算する、時刻ｔからｔ＋Ｔまでの需給計画初期値は、下記式（１）で表される。
【数１】
2016040997.tif 000005
また、実時刻ｔに計算する、時刻ｔからｔ＋Ｔまでの需給計画最適解は、下記式（２）で表される。
【数２】
2016040997.tif 000006
【００５１】
まず、初回の需給計画計算時（ｔ＝０）においては、下記の式（３）で初期値ｘｉｎｉｔが表され、下記式（４）で最適解ｘｏｐｔが表される。
【数３】
2016040997.tif 000007
【数４】
2016040997.tif 000008
【００５２】
次に、次回以降の需給計画計算時においては、下記の式（５）で初期値ｘｉｎｉｔが表され、下記式（６）で最適解ｘｏｐｔが表される。
【数５】
2016040997.tif 000009
【数６】
2016040997.tif 000010
【００５３】
上記式（５）においては、時刻ｔ＋Ｔ−１までに関しては、前回時刻ｔ−１で計算した最適解成分が存在するため、その値が初期値に設定される。時刻ｔ＋Ｔに関しては、既得の最適解成分がないため、適当な値が初期値に設定される。式（５）においては、適当な値として０（零）を設定しているが、このほか、たとえば直前時刻ｔ+Ｔ+１に対する初期値を引き継いで設定したり、直前Ｎ点の時刻に対する初期値をたとえば最小二乗法などで曲線あてはめを行い、それを外挿した値を設定してもよい。図６には、時刻ｔにおける初期値ｘｉｎｉｔおよび最適解ｘｏｐｔと、次回の時刻ｔ＋１における初期値ｘｉｎｉｔとが図示されている。なお、図６において、初期値は鎖線で示されており、最適解は実線で示されている。
【００５４】
以上説明したＥＭＳ２０および電力需給計画最適化方法によれば、需給計画採否判断部２２ｃによって、最適化の指標である目的関数の最適化問題が解かれる。需給計画計算部２２ｂによって、計算時から一定期間である計画期間内の複数の時刻における機器に対する制御値を含む、需給計画の最適解が得られる。さらに、初期値生成部２２ａによって、探索の初期値が生成される。ここで、初期値生成部２２ａは、需給計画計算部２２ｂによる計算時よりも前に得られた最適解に基づいて、探索の初期値を生成する。マイクログリッドＧの需給計画に影響するパラメータ（たとえば、原動機７による発電量の予測値）の時間変化は、基本的に緩やかである。よって、計画期間内の各時刻に対応する最適解の成分の時間変化も緩やかである。そのため、時間が経過し、再度最適化計算を行った場合でも、得られる最適解の計画期間内の各時刻に対応する成分は、既得の最適解の最適解成分と近い値であると考えられる。よって、計算時よりも前に得られた最適解の少なくとも１つに基づいて探索の初期値を新たな最適化問題の最適解の近傍に生成することにより、いわゆる反復的計算を行う場合においても、最適解を得るまでの時間を短縮することができる。
【００５５】
また、需給計画計算部２２ｂによる計算時よりも前に得られた最適解の、計画期間内の特定時刻に対応する最適解成分を、新たな最適化問題の計画期間の特定時刻に対応する探索初期値成分として直接設定することにより、新たな最適化問題の探索の初期値を最適解の近傍に設定して計算を開始することができ、最適解を短時間で得ることができる。
【００５６】
なお、ある時刻に対応する、計算時よりも前に得られた最適解成分が無い場合には、計算時よりも前に得られた、当該時刻以前の時刻に対応する最適解成分に基づいて、当該時刻に対応する探索の初期値成分を生成してもよい。たとえば、直前１点の時刻に対応する最適解成分をそのまま初期値に設定してもよい。あるいは、直前Ｎ点の時刻に対応する最適解各成分を最小二乗法などを用いて曲線あてはめを行い、これを外挿して初期値成分を設定してもよい。マイクログリッドにおいては、機器の制御値（最適化問題上は独立変数となる）の推移はランダムなものではなく、ある程度の滑らかさを有すると考えられるため、上記のような手法を用いて、最適解成分の合理的な見積り（初期値として設定する値）が得られる。よって、計画期間内に既得の最適解成分がない時刻に対しても、上記の考え方を用いて当該時刻の初期値成分を合理的に設定でき、上記と同様、最適解を短時間で得ることができる。
【００５７】
引き続いて、上述した一連の処理をＥＭＳ２０に実行させるための電力需給計画最適化プログラムを説明する。図７に示されるように、電力需給計画最適化プログラム１２０は、コンピュータに挿入されてアクセスされる。あるいは、電力需給計画最適化プログラム１２０は、コンピュータが備える記憶媒体１００に形成されたプログラム格納領域１１０に格納される。
【００５８】
電力需給計画最適化プログラム１２０は、初期値生成モジュール１２１と、需給計画計算モジュール１２２と、需給計画採否判断モジュール１２３と、表示制御モジュール１２４とを含んで構成される。初期値生成モジュール１２１と、需給計画計算モジュール１２２と、需給計画採否判断モジュール１２３と、表示制御モジュール１２４とを実行させることにより実現される機能は、上述したＥＭＳ２０の初期値生成部２２ａと、需給計画計算部２２ｂと、需給計画採否判断部２２ｃと、表示制御部２２ｄとの機能とそれぞれ同様である。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、計算対象の時刻について得られた既得の最適解の有無にかかわらず、１単位時間前に得られた制御値に、パラメータの変化量を加味した制御値を最適化計算における探索の初期値成分としてもよい。たとえば、パラメータとして、太陽光発電機３の発電量予測値を用いることができる。一例を挙げると、時刻ｔに対応する太陽光発電機３の発電量予測値が、前回の計算時には１０ｋＷであったのに対し、今回の計算時には６ｋＷであるとする。すなわち、同時刻に対応する太陽光発電機３の発電量予測値が４ｋＷ減少している。その場合、前回の計算時に得られていた最適解成分（たとえば蓄電池９の充放電電力が７ｋＷであったとする）に対し、太陽光発電機３の発電量予測値の減少分を加味して、上記の蓄電池９の充放電電力３ｋＷ（＝７ｋＷ−４ｋＷ）を今回の計算時の初期値成分とすることができる。このようにすれば、天候の変化が大きく変動する場合など、パラメータが大きく変動する場合であっても、合理的に初期値を定め、短時間で最適解を得ることができる。
【００６０】
上記実施形態では、ＥＭＳ２０がマイクログリッドＧとは別に設けられる場合について説明したが、マイクログリッドＧのグリッド制御装置１０が、ＥＭＳ２０と同様の機能を備えていてもよい。マイクログリッドＧは、たとえば燃料電池システムを備えていてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  電力供給システム
２  外部電力系統
３  太陽光発電機
４  風力発電機
５  再生可能エネルギー発電機
６  負荷
７  原動機
８  電気自動車
９  蓄電池
２０  エネルギーマネジメントシステム
２０ａ  統括制御部
２２  計算部
２２ａ  初期値生成部
２２ｂ  需給計画計算部
２２ｃ  需給計画採否判断部
２３ａ  問題記憶部
２３ｂ  パラメータ記憶部
２３ｃ  需給計画記憶部
Ｇ  マイクログリッド
【図１】
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【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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