(57)【要約】【課題】光熱費を削減することができる運転計画作成システム、運転計画作成装置及び運転計画作成方法を提供することである。【解決手段】実施形態の運転計画作成システムは、給湯機状態推定部と、給湯スケジュール決定部とを持つ。給湯機状態推定部は、給湯機モデルに基づいて給湯機の状態を推定する。給湯スケジュール決定部は、推定された時刻毎の給湯機の状態に基づいて、光熱費が最小となるような所定の期間分の前記給湯機の運転計画を作成する。【選択図】図２
2017219249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯機モデルに基づいて給湯機の状態を推定する給湯機状態推定部と、
推定された時刻毎の給湯機の状態に基づいて、光熱費が最小となるような所定の期間分の前記給湯機の運転計画を作成する給湯スケジュール決定部と、
を備える運転計画作成システム。
【請求項２】
前記給湯機状態推定部は、前記給湯機モデルを用いて前記給湯機の貯湯量と貯湯温度の時刻毎の状態を推定し、
推定された時刻毎の状態に基づいて、前記給湯機の状態遷移の経路を決定する状態遷移先決定部をさらに備え、
前記状態遷移先決定部は、一つの状態につき一つの経路となるように光熱費が最小となる経路を前記給湯機の状態遷移の経路に決定し、
前記給湯スケジュール決定部は、決定された前記給湯機の状態遷移の経路のうち、光熱費が最小となる経路を選択して前記給湯機の運転計画として決定する、請求項１に記載の運転計画作成システム。
【請求項３】
前記給湯機の運転計画を決定する際に使用する再生可能エネルギーの発電量予測及び電力需要予測から算出される時刻毎の再生可能エネルギー余剰電力予測値と、時刻毎の再生可能エネルギー余剰電力実績値との差分電力を用いて度数分布を作成し、前記度数分布のピークの値を持つ差分電力に前記再生可能エネルギー余剰電力予測値を加算した値を補正後余剰電力予測値として算出する余剰電力補正部をさらに備え、
前記給湯スケジュール決定部は、前記補正後余剰電力予測値を加味して前記給湯機の運転計画を作成する、請求項１又は２に記載の運転計画作成システム。
【請求項４】
各時刻の再生可能エネルギー余剰電力予測値と、再生可能エネルギー余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布を用いて光熱費の最小化を目指す動作を実行する複数のモードのうち、いずれのモードを利用するか選択するモード選択部をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の運転計画作成システム。
【請求項５】
前記モード選択部は、各時刻の再生可能エネルギー余剰電力予測値と、再生可能エネルギー余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布を用いて、前記給湯機の各状態に対する光熱費の期待値を求めるモードを選択し、
前記給湯スケジュール決定部は、前記モードに応じた前記給湯機の運転計画を作成する、請求項４に記載の運転計画作成システム。
【請求項６】
前記モード選択部は、各時刻の再生可能エネルギー余剰電力予測値と、再生可能エネルギー余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布の度数がピークとなる差分電力を、各時刻の再生可能エネルギー余剰電力予測値に加算した補正後の再生可能エネルギー余剰電力予測値に対して、前記給湯機の各状態に対する光熱費を求めるモードを選択し、
前記給湯スケジュール決定部は、前記モードに応じた前記給湯機の運転計画を作成する、請求項４に記載の運転計画作成システム。
【請求項７】
前記モード選択部は、各時刻の再生可能エネルギー余剰電力予測値と、再生可能エネルギー余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布の正の方向の差分電力を、各時刻の再生可能エネルギー余剰電力予測値に加算した補正後の再生可能エネルギー余剰電力予測値に対して、前記給湯機の各状態に対する光熱費を求めるモードを選択し、
前記給湯スケジュール決定部は、前記モードに応じた前記給湯機の運転計画を作成する、請求項４に記載の運転計画作成システム。
【請求項８】
前記モード選択部は、各時刻の再生可能エネルギー余剰電力予測値と、再生可能エネルギー余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布の負の方向の差分電力を、各時刻の再生可能エネルギー余剰電力予測値に加算した補正後の再生可能エネルギー余剰電力予測値に対して、前記給湯機の各状態に対する光熱費を求めるモードを選択し、
前記給湯スケジュール決定部は、前記モードに応じた前記給湯機の運転計画を作成する、請求項４に記載の運転計画作成システム。
【請求項９】
前記運転計画を作成する時刻から所定の時間後までの給湯需要の積算値と前記給湯機の貯湯タンク容量とを比較し、比較結果の大小に応じて前記運転計画の日数を決定する給湯スケジュールパラメータ決定部をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の運転計画作成システム。
【請求項１０】
前記モード選択部は、全てのモードで動作させたときの光熱費を算出し、光熱費が最小となるモードを利用するモードとして選択する、請求項４から８のいずれか一項に記載の運転計画作成システム。
【請求項１１】
前記モード選択部は、全てのモードのうち何れのモードで動作するのか探索する探索期間と、前記探索期間で探索したモードを活用したときの光熱費を算出する活用期間とを繰り返し実行し、所定の回数繰り返した後に光熱費が最小となるモードを利用するモードとして選択する、請求項４から８のいずれか一項に記載の運転計画作成システム。
【請求項１２】
給湯機モデルに基づいて給湯機の状態を推定する給湯機状態推定部と、
推定された時刻毎の給湯機の状態に基づいて、光熱費が最小となるような所定の期間分の前記給湯機の運転計画を作成する給湯スケジュール決定部と、
を備える運転計画作成装置。
【請求項１３】
給湯機モデルに基づいて給湯機の状態を推定する給湯機状態推定ステップと、
推定された時刻毎の給湯機の状態に基づいて、光熱費が最小となるような所定の期間分の前記給湯機の運転計画を作成する給湯スケジュール決定ステップと、
を有する運転計画作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、運転計画作成システム、運転計画作成装置及び運転計画作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、省エネルギーや省コスト、自然エネルギーの活用を目的として、住宅に太陽光発電システム（以下、「ＰＶシステム」という。）が導入されている。従来の技術では、ＰＶシステムにより得られるＰＶ余剰電力を用いてお湯を作り、そのお湯を給湯機などに供給することによって余剰電力を有効活用している。しかしながら、従来の方法では、光熱費を削減するような給湯機の制御を行っていないため、光熱費を削減できない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６９５８７号公報
【特許文献２】特開２０１３−６２９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、光熱費を削減することができる運転計画作成システム、運転計画作成装置及び運転計画作成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の運転計画作成システムは、給湯機状態推定部と、給湯スケジュール決定部とを持つ。給湯機状態推定部は、給湯機モデルに基づいて給湯機の状態を推定する。給湯スケジュール決定部は、推定された時刻毎の給湯機の状態に基づいて、光熱費が最小となるような所定の期間分の前記給湯機の運転計画を作成する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態における運転計画作成システム１００のシステム構成を示す図。
【図２】運転計画作成装置４の構成を表す概略ブロック図。
【図３】第１の実施形態における給湯スケジュール作成部４０４の構成を表す概略ブロック図。
【図４】給湯機モデルの一例を示す図。
【図５】消費電力に関するテーブルの具体例を示す図である。
【図６】状態遷移先決定部４０４２の基本的な処理の流れを説明するための図。
【図７】一つの状態に複数の経路が辿り着く場合の具体例を示す図。
【図８】運転計画作成装置４の処理の流れを示すフローチャート。
【図９】第２の実施形態における給湯スケジュール作成部４０４ａの構成を表す概略ブロック図。
【図１０】余剰電力補正部４０４５の構成を表す概略ブロック図。
【図１１】度数分布の一例を示す図。
【図１２】度数分布を用いた給湯スケジュールモードの選択例を示す図。
【図１３】シミュレーション値を利用してモードの選択を行う場合の具体例を示す図。
【図１４】シミュレーション値を利用してモードの選択を行う場合の具体例を示す図。
【図１５】実測値を利用してモードの選択を行う場合の具体例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の運転計画作成システム、運転計画作成装置及び運転計画作成方法を、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態における運転計画作成システム１００のシステム構成を示す図である。運転計画作成システム１００は、分電盤１、スマートメータ２、ＰＶシステム３（太陽光発電システム）、運転計画作成装置４及び給湯機５を備える。
【０００８】
分電盤１は、電力系統から供給される電力をスマートメータ２、ＰＶシステム３、運転計画作成装置４及び給湯機５に供給する。また、分電盤１は、給電線毎の使用電力量を計測する計測装置を備える。計測装置は、不図示の負荷が接続されているブレーカ毎に設置され、各ブレーカに接続されている各負荷の使用電力量を計測する。計測装置は、計測した各負荷の使用電力量を運転計画作成装置４に出力する。
【０００９】
スマートメータ２は、買電電力及び売電電力を計測する。スマートメータ２は、計測した買電電力及び売電電力を運転計画作成装置４に出力する。
ＰＶシステム３は、太陽光（再生可能エネルギー）を複数の太陽電池を用いて直接的に電力に変換するシステムである。ＰＶシステム３は、発電した電力に関する情報を運転計画作成装置４に出力する。
【００１０】
運転計画作成装置４は、給湯機５の運転計画を作成する。
給湯機５は、ヒートポンプ給湯機である。給湯機５は、給湯機情報を運転計画作成装置４に出力する。給湯機情報は、給湯機５に関する情報であり、例えば貯湯タンク容量、貯湯量、貯湯温度及び給湯需要などである。給湯機５は、運転計画作成装置４によって作成された運転計画に基づいて動作する。
【００１１】
運転計画作成装置４は、ネットワーク７上のサーバ６との接続により、電気料金に関する情報（以下、「電気料金情報」という。）などの情報を取得する。電気料金情報は、買電電力及び売電電力の時刻毎の電力単価の情報を表す。ネットワーク７は、どのように構成されたネットワークであってもよい。例えば、ネットワーク７は、インターネットを用いて構成されてもよい。サーバ６は、単数又は複数のパーソナルコンピュータ等の情報処理装置を用いて構成されるクラウドサーバであってもよい。
【００１２】
図２は、運転計画作成装置４の構成を表す概略ブロック図である。運転計画作成装置４は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、運転計画作成プログラムを実行する。運転計画作成プログラムの実行によって、運転計画作成装置４は、取得部４０１、取得情報記憶部４０２、給湯スケジュールパラメータ決定部４０３、給湯スケジュール作成部４０４、給湯機制御部４０５を備える装置として機能する。なお、運転計画作成装置４の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、運転計画作成プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、運転計画作成プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
【００１３】
取得部４０１は、各種情報を取得する。例えば、取得部４０１は、電気料金情報をサーバ６から取得する。また、例えば、取得部４０１は、給湯機情報を給湯機５から取得する。また、例えば、取得部４０１は、分電盤１から出力される使用電力量に基づいて、電力需要に関する情報（以下、「電力需要情報」という。）を取得する。また、例えば、取得部４０１は、気象データを取得する。気象データは、自装置が位置する地域における気象に関するデータである。取得部４０１は、気象データとして、気温、湿度、気圧、降水量、風速を取得する。なお、取得部４０１は、例えば、インターネット上の気象情報ウェブサイトから、自装置が位置する地域の気象データを取得してもよい。また、例えば、取得部４０１は、ＰＶシステム３による余剰電力予測値に関する情報（以下、「ＰＶ余剰電力予測値情報」という。）を取得する。余剰電力予測値は、ＰＶシステム３による太陽光発電の発電量と、電力需要と、気象データとに基づいて得られる。
【００１４】
取得情報記憶部４０２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。取得情報記憶部４０２は、取得部４０１によって取得された各種情報（以下、「取得情報」という。）を記憶する。
給湯スケジュールパラメータ決定部４０３は、取得情報記憶部４０２に記憶されている取得情報に基づいて、給湯スケジュール作成に必要なパラメータを決定する。給湯スケジュール作成に必要なパラメータとは、例えば給湯機５の初期状態、給湯スケジュール日数などである。具体的には、給湯スケジュールパラメータ決定部４０３は、給湯機５の貯湯量及び貯湯温度の初期状態を決定する。これらの値は給湯機５のセンサの値を用いてもよいし、予め設定した値を用いてもよい。給湯スケジュール日数は、予め定められた日数（固定値）であってもよいし、給湯機５の貯湯タンク容量と給湯需要の関係に基づいて決定されてもよい。
【００１５】
給湯スケジュール作成部４０４は、取得情報記憶部４０２に記憶されている取得情報と、給湯スケジュールパラメータ決定部４０３で決定されたパラメータとに基づいて給湯機５の運転計画を作成する。
給湯機制御部４０５は、給湯スケジュール作成部４０４によって作成された運転計画に基づいて、給湯機５の動作を制御する。
以下、運転計画作成装置４における給湯スケジュール作成部４０４の各実施形態（第１の実施形態〜第５の実施形態）について詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態における給湯スケジュール作成部４０４の構成を表す概略ブロック図である。
図３に示されるように、給湯スケジュール作成部４０４は、給湯機状態推定部４０４１、状態遷移先決定部４０４２、光熱費算出部４０４３及び給湯スケジュール決定部４０４４を備える。
【００１７】
給湯機状態推定部４０４１は、給湯機モデルを用いて給湯機５の状態を推定する。給湯機モデルは、給湯機５がどのような状態になっているのかを推定するために利用されるモデルである。給湯機５の状態とは、例えば給湯機５がどのくらい貯湯量であり、どのくらい貯湯温度であるのかを表す。給湯機モデルの一例を図４に示す。図４に示すように、給湯機モデルは、出湯モデル、水温モデル、放熱・伝熱モデル及び給湯モデルの４つのサブモデルで表される。
【００１８】
（１）出湯モデル：外部の熱を利用して給湯機５により作成される熱量および出湯量を算出するモデル
（２）給湯モデル：上記出湯と水道水を組み合わせて家庭内に供給される給湯量を算出するモデル
（３）放熱・伝熱モデル：上記出湯と水道水が合わさった貯湯槽からの放熱量を算出するモデル
（４）水温モデル：外気温から水温を推定するモデル
【００１９】
給湯機５が稼働すると、図４の貯湯槽左側が作動してお湯が作られ貯湯槽に蓄えられる。家庭でお湯を使用すると貯湯槽からお湯が排出される。また、家庭でお湯を使用しなくても貯湯槽から放熱が生じる。本実施形態では、図４に示すモデルを用いて給湯機５の運転計画を作成する。なお、給湯機モデルの計算に利用される貯湯タンク容量、成績係数ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）、熱抵抗、熱伝導率、熱通過率などの値は、給湯機状態推定部４０４１に記憶されていてもよいし、取得部４０１によって取得されて取得情報記憶部４０２に記憶されていてもよい。給湯機状態推定部４０４１は、推定結果を状態遷移先決定部４０４２に出力する。
【００２０】
状態遷移先決定部４０４２は、給湯スケジュールパラメータ決定部４０３から出力されたパラメータと、給湯機状態推定部４０４１によって推定された給湯機５の状態とに基づいて、初期状態から給湯スケジュール日数までの状態遷移経路を作成する。具体的な処理については後述する。例えば、状態遷移先決定部４０４２は、給湯機モデルに基づいて推定された結果から次の時刻における給湯機５の状態（貯湯量および貯湯温度）を決定し、決定した状態に基づいて状態遷移経路を作成する。
【００２１】
光熱費算出部４０４３は、状態遷移先決定部４０４２によって作成された状態遷移経路と、取得情報記憶部４０２に記憶されている電気料金情報とに基づいて、給湯機５が各状態に到達した経路の光熱費を電気料金や給湯機５の消費電力から算出する。なお、給湯機５の消費電力は、図５に示すような給湯機５における消費電力に関するテーブルを事前に保持しておくか、センサにより計測した値を使用する。給湯機５における消費電力に関するテーブルは、図５に示すように沸上温度毎に消費電力が異なる。
状態遷移先決定部４０４２による状態遷移経路の作成動作、及び、光熱費算出部４０４３による光熱費算出動作は、給湯スケジュール日数分実施される。
【００２２】
給湯スケジュール決定部４０４４は、状態遷移先決定部４０４２によって作成された状態遷移経路と、光熱費算出部４０４３によって算出された消費電力とに基づいて、給湯スケジュール日数分実行されたすべての経路の中から光熱費がもっとも安い経路を選択し、選択した経路で示される給湯機５の状態を給湯機５の運転計画に決定する。
【００２３】
次に、図６及び図７を用いて、状態遷移先決定部４０４２の処理について説明する。まず、図６を用いて状態遷移先決定部４０４２の基本的な処理について説明する。図６に示すように、運転計画を作成する時刻をｔ＝０（初期状態）とし、そのときの給湯機５の状態を貯湯量と貯湯温度の離散的な二次元空間で表す。図６の左図の状態ａを給湯機５の初期状態として、アクション（沸上及び待機）を実施する。それぞれのアクションに基づき時刻ｔ＝１の給湯機５は初期状態からそれぞれ次の状態（図６の右図の状態ｂと状態ｃ）に遷移する。例えば、アクションとして状態ａの状態で沸上が実施された場合には、状態ａから貯湯量が増加し、貯湯温度も上昇することによって状態ｂに遷移する。それに対して、アクションとして状態ａの状態で待機が実施された場合には、状態ａから貯湯量が変わらず、貯湯温度は低下することによって状態ｃに遷移する。
【００２４】
なお、現在の状態（処理開始時であれば初期状態）から次の状態として、どの状態に遷移するかは給湯機モデルから推定される。状態遷移先決定部４０４２は、ｔ＝１の給湯機５の状態の推定結果からｔ＝１の状態を決定し、ｔ＝１の状態を決定するとｔ＝２のときの状態を同様にして求める。状態遷移先決定部４０４２は、この処理を、求めたい時刻（例えば、給湯スケジュール日数）まで逐次的に繰り返すことによって各時刻における給湯機５の状態と、状態遷移経路を求める。この際、状態遷移先決定部４０４２は、各経路に対して光熱費が最安となる経路のみを残すようにする。つまり、一つの状態に対して取りうる経路は一本のみとする。次に、一つの状態に複数の経路が辿り着く場合の例について説明する。
【００２５】
図７は、一つの状態に複数の経路が辿り着く場合の具体例を示す図である。図７において、ｔ＝Ｎの状態ｄを給湯機５の初期状態として、アクション（沸上及び待機）を実施する。それぞれのアクションに基づき時刻ｔ＝Ｎ＋１の給湯機５は状態ｄからそれぞれ次の状態（図７の中図の状態ｅと状態ｆ）に遷移する。例えば、アクションとして状態ｄの状態で沸上が実施された場合には、状態ｄから貯湯量が増加し、貯湯温度も上昇することによって状態ｅに遷移する。それに対して、アクションとして状態ｄの状態で待機が実施された場合には、初期状態から貯湯量が変わらず、貯湯温度は低下することによって状態ｆに遷移する。
【００２６】
そして、時刻ｔ＝Ｎ＋１においてアクション（沸上及び待機）が実施されると、その次の時刻ｔ＝Ｎ＋２の給湯機５はそれぞれ次の状態（図７の右図の状態ｇと状態ｈと状態ｉ）に遷移する。例えば、アクションとして状態ｅの状態で沸上が実施された場合には、貯湯量が増加し、貯湯温度も上昇することによって状態ｇに遷移する。それに対して、アクションとして状態ｅの状態で待機が実施された場合には、状態ｅから貯湯量が変わらず、貯湯温度は低下することによって状態ｈに遷移する。また、例えば、アクションとして状態ｆの状態で沸上が実施された場合には、貯湯量が増加し、貯湯温度も上昇することによって状態ｈに遷移する。それに対して、アクションとして状態ｆの状態で待機が実施された場合には、状態ｆから貯湯量が変わらず、貯湯温度は低下することによって状態ｉに遷移する。ここで、状態ｈにおいて複数の経路が辿り着いている。このような場合、光熱費算出部４０４３は、状態ｈに辿り着く各経路の光熱費を算出する。状態遷移先決定部４０４２は、光熱費算出部４０４３によって算出された状態ｈに辿り着く各経路の光熱費に基づいて、光熱費が最も安い経路を状態ｈに辿り着く経路として決定する。この際、決定されなかった経路については削除される。そして、給湯スケジュール決定部４０４４は、すべての経路において最も光熱費の小さい経路を給湯機５の運転計画に決定する。
【００２７】
図８は、運転計画作成装置４の処理の流れを示すフローチャートである。
給湯スケジュールパラメータ決定部４０３は、取得情報記憶部４０２に記憶されている取得情報に基づいて、給湯スケジュール作成に必要なパラメータを決定する（ステップＳ１０１）。給湯スケジュールパラメータ決定部４０３は、決定したパラメータを給湯スケジュール作成部４０４に出力する。状態遷移先決定部４０４２は、給湯スケジュールパラメータ決定部４０３から出力されたパラメータと、給湯機状態推定部４０４１によって推定された給湯機５の状態とに基づいて、給湯機５の初期状態を決定する（ステップＳ１０２）。次に、給湯機状態推定部４０４１は、給湯機モデルを用いて給湯機状態推定部４０４１によって推定された次の時刻の給湯機５の状態（貯湯量および貯湯温度）を決定し、決定した状態に基づいてアクション毎に給湯機５の現在の状態から次の状態の状態遷移経路を作成する（ステップＳ１０３）。
【００２８】
光熱費算出部４０４３は、ステップＳ１０２の処理で作成された状態遷移経路で示される各状態のそれぞれの経路における光熱費を算出する（ステップＳ１０４）。状態遷移先決定部４０４２は、算出された光熱費に基づいて、一つの状態につき一つの経路となるように光熱費が最小となる経路を仮決定する（ステップＳ１０５）。その後、状態遷移先決定部４０４２は、ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの処理を給湯スケジュール日数分実施したか否か判定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの処理を給湯スケジュール日数分実施していない場合（ステップＳ１０６−ＮＯ）、ステップＳ１０３以降の処理が繰り返し実行される。
【００２９】
一方、ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの処理を給湯スケジュール日数分実施した場合（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）、給湯スケジュール決定部４０４４は仮決定された経路のうち、光熱費が最小となる経路で示される状態遷移経路を給湯機５の運転計画に決定する（ステップＳ１０７）。給湯スケジュール決定部４０４４は、決定した運転計画を給湯機制御部４０５に出力する。給湯機制御部４０５は、給湯スケジュール決定部４０４４から出力された運転計画に基づいて給湯機５の動作を制御する（ステップＳ１０８）。
【００３０】
以上のように構成された第１の実施形態における運転計画作成装置４によれば、給湯機モデルを用いて給湯機５の状態を推定し、推定した状態を時刻毎に遷移させることによって状態遷移時の経路（光熱費）を最小化するような運転計画を作成する。その結果を給湯機５の制御に使用することで光熱費を削減することが可能になる。
【００３１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、ＰＶ余剰電力予測値はずれのリスクを加味して運転計画を作成する。
図９は、第２の実施形態における給湯スケジュール作成部４０４ａの構成を表す概略ブロック図である。
図９に示されるように、給湯スケジュール作成部４０４ａは、給湯機状態推定部４０４１、状態遷移先決定部４０４２、光熱費算出部４０４３ａ、給湯スケジュール決定部４０４４、余剰電力補正部４０４５及びモード選択部４０４６を備える。給湯スケジュール作成部４０４ａは、光熱費算出部４０４３に代えて光熱費算出部４０４３ａを備える点、余剰電力補正部４０４５及びモード選択部４０４６を新たに備える点で給湯スケジュール作成部４０４と構成が異なる。給湯スケジュール作成部４０４ａは、その他の構成については給湯スケジュール作成部４０４と同様である。そのため、給湯スケジュール作成部４０４ａ全体の説明は省略し、光熱費算出部４０４３ａ、余剰電力補正部４０４５及びモード選択部４０４６について説明する。
【００３２】
余剰電力補正部４０４５は、取得情報記憶部４０２に記憶されているＰＶ余剰電力予測値と、ＰＶ余剰電力の実績値との差分電力の度数分布を作成し、作成した度数分布に基づいて期待値を算出し、算出した期待値とＰＶ余剰電力予測値との加算結果を補正余剰電力予測値として算出する。補正余剰電力予測値が負の値になった場合は０Ｗｈと見なす。
【００３３】
モード選択部４０４６は、複数の給湯スケジュールモードの中から運転計画の作成に用いるモードを選択する。例えば、モード選択部４０４６は、ユーザによって選択されたモードを運転計画の作成に用いるモードに選択する。
光熱費算出部４０４３ａは、モード選択部４０４６で選択されたモードにおいて給湯機５の各状態に対する光熱費を算出する。
【００３４】
モード選択部４０４６が選択するモードは、通常モード、期待値モード、ピークモード、光熱費最小モード及びリスク最小モードなどがある。以下、各モードについて説明する。
・通常モード：第１の実施形態に記載の方法で運転計画を作成するモード
・期待値モード：各時刻のＰＶ余剰電力予測値と、ＰＶ余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布を用いて、給湯機５の各状態に対する光熱費の期待値を求め、光熱費が最小となる運転計画を作成するモード
・ピークモード：各時刻のＰＶ余剰電力予測値と、ＰＶ余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布において、ピークとなる差分電力を各時刻のＰＶ余剰電力予測値に加算し、その加算後の補正余剰電力予測値に対して、給湯機５の各状態に対する光熱費を算出し、光熱費が最小となる運転計画を作成するモード
・光熱費最小モード：各時刻のＰＶ余剰電力予測値と、ＰＶ余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布の正の方向（図１２では、ＰＶ余剰電力“１３００”）の差分電力を各時刻のＰＶ余剰電力予測値に加算し、その加算後の補正余剰電力予測値に対して、給湯機５の各状態に対する光熱費を算出し、光熱費が最小となる運転計画を作成するモード
・リスク最小モード：各時刻のＰＶ余剰電力予測値と、ＰＶ余剰電力実績値の差分電力に対する度数分布の負の方向（図１２では、ＰＶ余剰電力“８００”）の差分電力を各時刻のＰＶ余剰電力予測値に加算し、その加算後の補正余剰電力予測値に対して、給湯機５の各状態に対する光熱費を算出し、光熱費が最小となる運転計画を作成するモード
【００３５】
図１０は、余剰電力補正部４０４５の構成を表す概略ブロック図である。
図１０に示されるように、余剰電力補正部４０４５は、予測誤差算出部４０４５１、度数分布作成部４０４５２、余剰電力補正値算出部４０４５３及び補正余剰電力算出部４０４５４を備える。予測誤差算出部４０４５１は、各時刻のＰＶ余剰電力予測値と、ＰＶ余剰電力実績値の差分を算出する。予測誤差算出部４０４５１は、算出結果を度数分布作成部４０４５２に出力する。度数分布作成部４０４５２は、予測誤差算出部４０４５１から出力された差分結果に基づいて、差分の度数分布を作成する。例えば、度数分布作成部４０４５２は、図１１に示すような度数分布を作成する。余剰電力補正値算出部４０４５３は、度数分布作成部４０４５２によって作成された度数分布から補正値を算出する。余剰電力補正値算出部４０４５３は、算出した補正値を補正余剰電力算出部４０４５４に出力する。補正余剰電力算出部４０４５４は、ＰＶ余剰電力予測値に、余剰電力補正値算出部４０４５３から出力された補正値を加算することによって補正余剰電力予測値を算出する。補正余剰電力算出部４０４５４は、算出した補正余剰電力予測値をモード選択部４０４６に出力する。
【００３６】
図１２は、度数分布を用いた給湯スケジュールモードの選択例を示す図である。図１２において、ＰＶ余剰電力はＰＶ余剰電力予測値を表す。図１２では、ＰＶ余剰電力が“８００”〜“１３００”まで６段階で示されている。発生確率は、ＰＶ余剰電力予測値が発生する確率を表す。図１２では、ＰＶ余剰電力“１０００”の発生確率が“５０％”であり、最も発生確率が高いことが表されており、ＰＶ余剰電力“１３００”の発生確率が“２％”であり、最も発生確率が低いことが表されている。光熱費は、ＰＶ余剰電力をＰＶ余剰電力予測値の値になると予測した場合に生じる光熱費を表す。図１２では、ＰＶ余剰電力“１３００”と予測した場合に生じる光熱費が“−３００”であり、最も光熱費を抑えられることが表されており、ＰＶ余剰電力“８００”と予測した場合に生じる光熱費が“１０００”であり、最も光熱費が高くなることが表されている。
【００３７】
また、図１２では、期待値モード、ピークモード、光熱費最小モード及びリスク最小モードの４つのモードにおける選択例が示されている。期待値モードでは、いずれのＰＶ余剰電力予測値の場合にも選択されることが表されている。また、ピークモードでは、度数分布において最も度数の高いＰＶ余剰電力予測値“１０００”の場合に選択されることが表されている。また、光熱費最小モードでは、光熱費が最小となるＰＶ余剰電力予測値“１３００”の場合に選択されることが表されている。また、リスク最小モードでは、度数分布において予測が外れた場合のリスクが最も少ないＰＶ余剰電力予測値“８００”の場合に選択されることが表されている。
【００３８】
以上のように、第２の実施形態における運転計画作成装置４は、ユーザに選択されたモードに基づいて運転計画を作成する。これにより、ＰＶ余剰電力予測値が外れた場合であってもリスクを抑えることができる。そして、運転計画作成装置４は、リスクを抑えつつ、光熱費が最小となるように給湯機５の運転計画を作成する。そのため、光熱費を削減することが可能になる。
【００３９】
以下、第２の実施形態における運転計画作成装置４の変形例について説明する。
本実施形態では、給湯スケジュールモードとして、通常モード、期待値モード、ピークモード、光熱費最小モード及びリスク最小モードを例に説明したが、給湯スケジュールモードには余剰電力補正部４０４５による補正余剰電力予測値を用いて運転計画を作成するモードである補正モードが含まれてもよい。
【００４０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、給湯スケジュール日数を自動的に決定する方法について説明する。
給湯スケジュールパラメータ決定部４０３は、給湯機５の貯湯タンク容量と給湯需要の関係に基づいて以下のように決定する。
・一日の給湯需要の合計＜＝給湯機５の貯湯タンク容量の場合
⇒給湯スケジュールパラメータ決定部４０３は、直近からＮ時間先（Ｎは１以上の整数）までの運転計画を作成するようにパラメータを決定する。例えば、初期値として１日分（Ｎ＝２４）としてもよい。
・一日の給湯需要の合計＞給湯機５の貯湯タンク容量の場合
⇒給湯スケジュールパラメータ決定部４０３は、直近からＭ日先（Ｍは１以上の整数）までの運転計画を作成するようにパラメータを決定する。例えば、初期値として数日分（Ｍ＝２）としてもよい。
このように構成されることによって、お湯を多く使用する家庭の場合は複数日の運転計画を作成することにより、当日のＰＶ余剰電力を使用して翌日の給湯分のお湯を作っておくということができる。これにより、光熱費が削減される。
【００４１】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第２の実施形態で示した複数のモードを自動で選択する。モード選択部４０４６は、例えば、以下の２つの手法のうちいずれかの手法に基づいてモードを選択する。以下、それぞれの手法について詳細に説明する。
（第１の手法：シミュレーション値を利用した手法）
第１の手法では、モード選択部４０４６は、シミュレーション値を使用して最適な運転計画のモードを決定する。具体的な処理について図１３及び図１４を用いて説明する。図１３及び図１４は、シミュレーション値を利用してモードの選択を行う場合の具体例を示す図である。図１３及び図１４では、第２の実施形態における各モードを仮にモードＡからモードＣまで三種類のモードとして説明する。
【００４２】
１回目（例えば、１日目）は、モードＡで給湯機５を稼働させたとする。モード選択部４０４６は、モードＡにおける１日の光熱費を算出し記憶すると同時に、１日のＰＶ余剰電力実績値や給湯需要実績値などを使用して、各モード（モードＡ〜モードＣ）における光熱費を算出し、記憶しておく。２回目（例えば、２日目）も同様に実績値より各モードでの光熱費を算出して記憶しておく。このように過去Ｎ回分のモード毎の光熱費の平均値をとり、光熱費が最小となる給湯スケジュールモードを採用する手法である。平均値を計算する単位は週単位、曜日単位、月単位、季節単位など様々な単位が考えられる。
【００４３】
また、図１４に示すように、過去に選択したモードの選択回数を集計し、その選択回数の多いモードを採用することも可能である。集計単位は上記同様に週単位、曜日単位、月単位、季節単位など様々な単位が考えられる。さらに、一軒の家庭の中で最適なモードを選択するだけでなく、複数の家庭の光熱費の結果を用いて最適なモードを選択することも可能である。
【００４４】
（第２の手法：実測値を利用した手法）
第２の手法を用いる場合、最適なモードを選択できる可能性は高くなると考えられるが、全てのモードの光熱費を算出する必要がある。そのため、計算コストが高くなってしまうという課題がある。そこで、このような課題を解決する手法として実測値を用いたバンディッドアルゴリズムによる手法を説明する。具体的な処理について図１５を用いて説明する。図１５は、実測値を利用してモードの選択を行う場合の具体例を示す図である。図１５に示すように、最適なモードを探索する回（例えば、ある一日）と、最適なモードを活用する回（探索する日以外のある一日）を作る。
【００４５】
図１５の場合、１回目は探索する回とし、モード選択部４０４６は、モードＡ、Ｂ、Ｃの中からモードＡを選択する。その回の終了時に光熱費を計算し保存しておく。２回目は過去の実施結果（この場合は光熱費）に基づき、最も安い光熱費になったモードＡを選択して運転計画を作成し、１回目同様に光熱費を計算して保存しておく。３回目は探索する回とし、モードＢを選択、同様に光熱費を計算する。以下、実施回数毎に毎回、モード単位で平均値を算出し、活用の回では最も光熱費が安くなったモードで運転計画を作成するようにする。これらの操作を繰り返しながら常に活用では最安のモードを選択して運転計画を作成していく。
【００４６】
また、探索と活用の回数比率を1−ε対εとすると、4回目まではε＝０．５（すなわち、探索：活用＝０．５：０．５）とし、５回目以降はε＝０．７（つまり探索：活用＝０．３：０．７）にすることで、段階的に探索回数を減らし、徐々に最適なモードの利用率を増やすことも可能である。さらに、平均値の取り方は曜日単位、月単位、季節単位、Ｎ日移動平均単位など様々な手法が考えられる。
また、実測値を利用した手法においてもシミュレーション値を使用した手法同様に、図１４に示すような集計結果を利用して運転計画を決定する方法なども考えられる。さらに、一軒の家庭の中で最適なモードを選択するだけでなく、複数の家庭の光熱費の結果を用いて最適なモードを選択することも可能である。
【００４７】
以上のように構成された第４の実施形態における運転計画作成装置４によれば、自動的に最適なモードを選択することができる。そして、運転計画作成装置４は、選択したモードに基づいて光熱費を最小化するような運転計画を作成する。その結果を給湯機５の制御に使用することで光熱費を削減することが可能になる。
【００４８】
（第５の実施形態）
第１の実施形態から第４の実施形態では、数時間分又は数日分の運転計画を作成し、作成した運転計画で給湯機５の動作を制御する構成を示した。それに対して、第５の実施形態では、運転計画の作成を一定時間間隔（例えば、３０分単位など）で定期的に実行する。
これにより、常に最新の予測値を用いて運転計画を作成する。したがって、予測値はずれのリスクを極力抑制し、光熱費を最小とする運転計画を作成することができる。そのため、光熱費を削減することが可能になる。
【００４９】
各実施形態に共通する変形例について説明する。
上記の各実施形態では、ＰＶシステム３による余剰電力などを運転計画の作成に利用する構成を示したが、これに限定される必要はない。例えば、運転計画作成装置４は、ＰＶシステム３以外の再生可能エネルギーを利用するシステムによる余剰電力などを用いて運転計画の作成に利用するように構成されてもよい。
運転計画作成装置４が備える各機能部の一部又は全てが別の筺体に備えられてもよい。
本実施形態では、運転計画作成装置４が運転計画作成までの全ての処理を実行する構成を示したが、運転計画作成装置４が行う処理の一部を他の装置（サーバ６など）で実行するように構成されてもよい。
【００５０】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、給湯機モデルに基づいて給湯機の状態を推定する給湯機状態推定部４０４１と、推定された時刻毎の給湯機の状態に基づいて、光熱費が最小となるような所定の期間分の給湯機５の運転計画を作成する給湯スケジュール決定部４０４４とを持つことにより、光熱費を削減することができる。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１…分電盤，２…スマートメータ，３…ＰＶシステム，４…運転計画作成装置，５…給湯機，６…サーバ，４０１…取得部，４０２…取得情報記憶部，４０３…給湯スケジュールパラメータ決定部，４０４、４０４ａ…給湯スケジュール作成部，４０４１…給湯機状態推定部，４０４２…状態遷移先決定部，４０４３、４０４３ａ…光熱費算出部，４０４４…給湯スケジュール決定部，４０４５…余剰電力補正部，４０４５１…予測誤差算出部，４０４５２…度数分布作成部，４０４５３…余剰電力補正値算出部，４０４５４…補正余剰電力算出部，４０４６…モード選択部，４０５…給湯機制御部
【図１】
2017219249.tif 000003
【図２】
2017219249.tif 000004
【図３】
2017219249.tif 000005
【図４】
2017219249.tif 000006
【図５】
2017219249.tif 000007
【図６】
2017219249.tif 000008
【図７】
2017219249.tif 000009
【図８】
2017219249.tif 000010
【図９】
2017219249.tif 000011
【図１０】
2017219249.tif 000012
【図１１】
2017219249.tif 000013
【図１２】
2017219249.tif 000014
【図１３】
2017219249.tif 000015
【図１４】
2017219249.tif 000016
【図１５】
2017219249.tif 000017