消费者设备运用管理系统及方法

摘要

本发明提供一种消费者设备运用管理系统及方法。在制定配电电网中的消费者控制设备的运用计划的消费者设备运用管理系统中，其特征在于，具备：评价部，其取得包括配电电网中的电网布局与阻抗在内的电网信息，预测每个给定的节点的负载量及发电量，基于电网信息、负载量及发电量来生成表示进行供电的距离与电压变迁的相关关系的电压分布形状，并基于电压分布形状的变动幅度和预先规定的规定电压幅度来求取评价值；以及制定部，其基于评价值来制定消费者控制设备中的热量控制或/及电力量控制相关的运用计划。由此，降低在对给定的消费者设备进行控制之际产生的馈电网内的电压制约值的越出可能性，实现该消费者设备的控制量的最佳化。

说明书

技术领域

本发明涉及按照不越出配电电网的规定电压的方式进行消费者设备 的电力的供求调整的消费者设备运用管理系统及方法。

背景技术

在近年的需求面管理的技术开发中，正在研究以下服务：统一地管理 管辖对象的分散能源，通过剩余电力的买卖或负载量的调整等与电网侧融 通电力，以作为虚拟的发电设备来运用。服务的运用也讨论了由电网运用 者以外的第三者来实施，进行运用的企业被称为整合者(aggregator)。 作为成为对象的分散能源，以往可以追溯到紧急用发电机或小型水力的整 合，以通信手段的发达为由，近年来成为对象的设备扩大至消费者设备。 对于成为对象的消费者设备来说，作为电力的供给源的设备有分散型电 源，作为负载的设备有热泵或空调机，能作为供给源及负载的任一方的设 备有电动汽车或蓄电池等。

作为本技术领域的背景技术，例如有专利文献1。该文献是抑制分散 型电源引起的配电线的电压上升，并且持续进行分散型电源的发电电力的 售电的技术，记载了如下单元：存储配电线中的电压的容许范围的上限值 即容许电压上限值的单元；从被设置在所述配电线的各地点的电压计取得 在该各地点测量到的电压值的单元；以及在所取得的所述电压值的至少1 个比所述容许电压上限值大的情况下对与所述配电线并网的电热水器指 示烧水的单元。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2012-095466号公报

然而，在现有技术及上述专利文献1中，在进行为了使馈电网内的各 地点的电压值收敛于电压的容许范围的上下限值以内所需的量以上的消 费者设备的控制时，因为没有考虑馈电网内的各地点的电压分布的偏差， 因此对给定地点的该消费者设备进行了控制的结果是在馈电网内的任一 地点有可能越出电压制约值。再有，因为没有考虑该电压分布，所以在未 越出该电压的范围内不能实现最适宜的消费者设备的控制。

发明内容

为了解决上述课题，本发明是一种消费者设备运用管理系统，制定配 电电网中的消费者控制设备的运用计划，具备：评价部，其取得包括所述 配电电网中的电网布局与阻抗在内的电网信息，预测每个给定的节点的负 载量及发电量，基于所述电网信息、所述负载量及所述发电量来生成表示 进行供电的距离与电压变迁的相关关系的电压分布形状，并基于所述电压 分布形状的变动幅度和预先规定的规定电压幅度来求取评价值；以及制定 部，其基于所述评价值来制定所述消费者控制设备中的热量控制或/及电 力量控制相关的运用计划。

再有，还包含上述系统发明所对应的方法发明。

发明效果

根据本发明，可以降低对给定的消费者设备进行控制之际产生的馈电 网内的电压制约值的越出可能性，实现该消费者设备的控制量的最佳化。

附图说明

图1是包括消费者设备运用管理系统的构成的整体系统构成的例子。

图2是配电考虑型运行计划制定部的运用计划制定流程的例子。

图3是配电考虑型运行计划制定部制定的运用计划的例子。

图4是配电考虑型运行计划制定部的一日前计划的制定流程的例子。

图5是设备运行日程表的例子。

图6是电压控制设备控制难易度评价部的电压评价流程的例子。

图7是电网信息的例子。

图8是电压分布形状的例子。

图9是用于说明电压控制设备的控制难易度的图。

图10是用于说明电压分布点数的图。

图11是用于说明SVC及SVR所对应的效果的图。

图12是配电考虑型运行计划制定部的设备控制量的最佳化流程例。

图13是配电考虑型运行计划制定部的运用计划的修正流程例。

具体实施方式

以下，利用附图对应用本发明而构成的消费者设备控制方式及控制系 统的实施例进行说明。

图1是包括消费者设备运用管理系统101的构成图的整体系统构成 例。市场交易部102与辅助市场(ancillary market)、容量市场(capacity  market)、现货交易市场(spot market)等各种市场进行交易，决定需求/ 响应(以下称为DR)的控制量(以下称为DR调整量)及其等价报酬(以 下称为DR等价报酬)。整合者需要按照满足该DR调整量的方式来制定 所管理的消费者设备的运用计划。在制定该运用计划之际，首先由电压控 制设备控制难易度评价部103对配电企业对有载抽头(tap)切换变压器 (以下称为LRT)、静止型无效电力补偿装置(以下称为SVC)、抽头 式自动电压调整器(以下称为SVR)等的电压控制设备进行控制使配电 电压收敛于适当范围的难易度(以下称为电压控制设备控制难易度)进行 指标化。按照维持或降低指标化后的该电压控制设备控制难易度的方式， 由配电控制考虑型运用计划制定部104制定运用计划。运行执行部105 遵照该运用计划，向设备管理部108输出消费者设备的控制指令。设备管 理部108遵照该控制指令对各消费者设备107中设定的设备运行日程表进 行改写、或直接向各消费者设备107输出控制命令，由此经由通信部106 对各消费者设备107进行控制。电网连接部109例如通过PCS等的并网 用功率变换器而将电力网与消费者设备107连接，经由通信部106将测量 出的电力量等向设备管理部108发送。设备管理部108以该电力量等为基 础而向费用计算部110通知各消费者设备107的控制量(以下称为设备控 制量)等、DR中的控制结果。费用计算部110以被通知的该控制结果为 基础，计算各消费者设备107的贡献度并计算从所述DR等价报酬中向各 消费者支付的实施报酬。这些必需的信息由各种数据库(以下称为DB) 保持。交易管理DB111保持该实施报酬或契约期间等的消费者交易信息、 及所述DR调整量或所述DR等价报酬等的市场交易信息。电网信息 DB112保持被连接至变电所的馈电网的电压适当范围、该馈电网的节点 或将这些节点连结的链路等的电网布局、该链路中使用的配电线的阻抗等 的电网信息。设备信息DB113保持各消费者设备107所连接着的所述馈 电网的连接节点、各消费者设备107的蓄热量或充电率(以下称为SOC 的)等的设备状态、各消费者设备107的设备运行日程表、该设备运行日 程表的变更履历之类的消费者设备信息。这些消费者设备运用管理系统 101的构成要素既可以全部由整合者进行管理，也可以一部分或全部由配 电企业等电网运用者进行管理。另外，作为硬件构成可以考虑上述各部由 处理器等进行处理的处理装置、及DB由存储器或储存空间等进行保存的 存储装置。

图2是配电考虑型运行计划制定部104的运用计划制定流程的例子。 配电考虑型运行计划制定部104在步骤S201中在DR前日的例如18时等 被决定的时刻作为1日前计划而制定运用计划。DR当日例如以30分钟 周期等监视周期，由配电考虑型运行计划制定部104反复进行步骤S103 的该运用计划的修正(S202)。

图3是运用计划的例子。运用计划由消费者设备列表301、各消费者 设备的连接节点302、每个控制周期的各时间303的各消费者设备的设备 运行模式304构成。对于设备运行模式304而言，例如如果是热泵等进行 蓄热的设备，则有利用淋浴等消耗蓄热的蓄热消耗运行305、遵照消费者 已设定的设备运行日程表进行蓄热运行的消费者蓄热运行306、通过DR 进行控制而进行蓄热运行的DR蓄热运行307。如果是蓄电池等蓄电的设 备，则只要将蓄热消耗改读为放电、将蓄热改读为充电即可。以后也是同 样。

图4是在步骤S401中配电考虑型运行计划制定部104制定一日前计 划的流程例。配电考虑型运行计划制定部104在步骤S401中从设备信息 DB113取得设备信息。配电考虑型运行计划制定部104在步骤S402中利 用作为该设备信息的一部分的设备运行日程表来制定设备运行制约。该设 备运行制约是各设备的蓄热时间段、和在该蓄热时间段必需的蓄热时间。 配电考虑型运行计划制定部104在步骤S403中从交易管理DB111取得 DR调整量。该DR调整量是实施DR的时间、和该时间的设备控制量总 计的目标值。再有，配电考虑型运行计划制定部104在步骤S404中委托 电压控制设备控制难易度评价部103进行配电电网的电压评价，作为评价 结果取得针对各时间303而对电压控制设备控制难易度进行了指标化的 电压分布点数、和取每个所述节点的单位负载变化量所对应的该点数的变 化量的点数灵敏度系数。配电考虑型运行计划制定部104根据在步骤S401 中取得的设备信息的一部分即设备的连接节点及设备运行日程表、步骤 S402中制定出的设备运行制约、步骤S403中所取得的DR调整量、以及 步骤S404中所取得的电压分布点数及点数灵敏度系数，在步骤S405中 进行设备控制量的最佳化，并制定运用计划。

图5是步骤S402中配电考虑型运行计划制定部104使用的设备运行 日程表的一例。对于某一消费者设备来说，有每个控制周期的各时间501、 消费者已设定的各时间的运行模式502、表示一个循环的日程表单位的区 间505。在该运行模式502中设定有所述蓄热消耗运行503及所述消费者 蓄热运行504。区间505指的是从蓄热消耗运行503的结束时间点到下一 蓄热消耗运行503结束的时间为止的时间段。消费者设备在该区间中需要 进行蓄热运行，直到蓄热消耗运行503开始为止，因此配电考虑型运行计 划制定部104在步骤S402中作为设备运行制约而按各设备的每个区间根 据设备运行日程表来制定蓄热时间段、该蓄热时间段必需的蓄热时间。图 5的例子中，与区间2(506)相关的设备运行制约是，该蓄热时间段为 10时～17时，该蓄热时间为1小时。

图6是步骤S404中电压控制设备控制难易度评价部103实施的电压 评价流程的例子。电压控制设备控制难易度评价部103在步骤S601中从 电网信息DB112取得电网信息。再有，在步骤S602中利用次日的气温或 湿度等气象预报、假日或平日等日期种类信息等，按每个时间/节点预测 负载量。进而，在步骤S603中根据次日的风速或日照量等气象信息等， 按每个时间/节点预测发电量。电压控制设备控制难易度评价部103利用 在步骤S601中作为电网信息取得的链路及节点的电网布局、构成链路的 配电线的阻抗、步骤S602中预测出的每个时间/节点的负载量、步骤S603 中预测出的每个时间/节点的发电量，在步骤S604中按每个馈电网/时间 生成电压分布形状。电压控制设备控制难易度评价部103利用该每个馈电 网/时间的电压分布形状、和步骤S601中作为该电网信息取得的每个馈 电网的电压适当范围，在步骤S605中作为电压控制设备控制难易度的指 标而按每个馈电网/时间计算电压分布点数(profile score)。再有，电压 控制设备控制难易度评价部103利用在步骤S601中作为该电网信息取得 的链路及节点的电网布局、构成链路的配电线的阻抗、步骤S604中按每 个馈电网/时间生成的电压分布形状，作为每个时间/节点的点数灵敏度系 数而计算每个节点的单位负载变化量所对应的该点数的变化量。电压控制 设备控制难易度评价部103将该电压分布点数与点数灵敏度系数向配电 考虑型运行计划制定部104输出。

图7是步骤S601中电压控制设备控制难易度评价部103取得的电网 信息的一例。电网信息由被连接至变电所701的馈电网702、构成馈电网 702的链路703及节点704的电网布局、构成链路703的配电线的线路阻 抗705、以及馈电网702中的电压值的适当范围即电压适当范围构成。

图8是步骤S604中电压控制设备控制难易度评价部103生成的电压 分布形状的例子。电压分布形状801由来自变电所701的发出基准电压 802、馈电网上的各节点的节点电压值803构成。根据各链路的阻抗、每 个节点的负载量及发电量，遵照步骤S601中作为电网信息取得的电网布 局对电压降进行计算或实施潮流计算，由此电压控制设备控制难易度评价 部103生成电压分布形状801。根据该构成，可以生成电压控制设备进行 控制前的电压分布。

图9是用于说明步骤S605中电压控制设备控制难易度评价部103评 价的电压控制设备的控制难易度的图。例如，若考虑到通过利用LRT来 控制变电所705中的发出电压802，从而使馈电网上的节点的电压值收敛 于电压适当范围901，则从馈电网上的至少1个节点的电压值达到电压适 当范围的上限的(902)控制量至馈电网上的至少1个节点的电压值达到 电压适当范围的下限的(903)控制量为止，成为能使全部节点的电压值 收敛于电压适当范围901的电压控制设备的控制范围(904)。如果该控 制范围904的幅度小，那么难以将电压控制设备控制为适当的控制量，相 反如果幅度大，那么将电压控制设备控制为适当的控制量就变得容易。

图10是用于说明成为电压控制设备控制难易度的指标的电压分布点 数的图。电压分布点数是根据馈电网内的电压差1002在电压适当范围 1001所占的比例来计算的。具体是，将电压适当范围的上限值与下限值 相减而得的值作为分母，将从馈电网内的节点电压值的最大值减去最小值 而得的值作为分子，相除来进行计算。由此，如果电压分布点数大，那么 适当的电压控制设备的控制范围(904)就变小，电压控制设备的控制变 得困难。相反，如果电压分布点数小，那么适当的电压控制设备的控制范 围(904)就变大，电压控制设备的控制变得容易。根据该构成，能够评 价电压控制设备的控制难易度。

图11是用于说明SVC及SVR等在馈电网的中途进行电压控制的电 压控制设备所对应的效果的图。考虑在电压控制设备进行控制前的电压分 布形状中，为了将节点电压值抑制于适当范围而需要电压控制设备的控制 量1101的情况。此时，若减小电压分布点数，则为了减小整体的电压差 1102而减小电压差1103及电压差1104的双方或任一方。若考虑减小电 压差1103并设为电压差1105的情况，则对于电压控制设备的控制量而言， 因为初级侧的电压上升，所以用于将电压提高至与控制前相同的电压值的 电压控制量仅为控制量1106即可。因为其比控制量1101小，所以可以认 为电压控制设备的控制变得容易。同样，若考虑减小电压差1104并设为 电压差1107的情况，则对于电压控制设备的控制量而言，因为次级侧的 电压下降量变小，所以也可以不将电压提高至与控制前相同的电压值，电 压控制量为控制量1108即可。因为其也比控制量1101小，所以可以认为 电压控制设备的控制变得容易。如上，基于电压分布点数的电压控制设备 的控制难易度评价不仅对LRT等变电所的发出电压的控制设备成立，对 SVC及SVR等在馈电网的中途进行电压控制的电压控制设备也成立。

图12是步骤S405中配电考虑型运行计划制定部104对设备控制量 进行最佳化的流程的例子。配电考虑型运行计划制定部104在步骤S405 中，遵照步骤S402中制定出的设备运行制约，按照设备控制量的总和满 足步骤S403中取得的DR调整量的方式，从步骤S401中作为设备信息而 取得的设备运行日程表搜索消费者设备的设备控制量。搜索是在图5的设 备运行日程表的例子中将消费者蓄热运行504内的几个或全部变更为DR 蓄热运行而实施的。配电考虑型运行计划制定部104利用在步骤S1201 中作为设备信息而取得的设备的连接节点，在步骤S1202中按每个连接 节点对设备控制量的变化量进行合计。接着，利用该每个节点的设备控制 量的变化量和在步骤S606中取得的点数灵敏度系数，在步骤S1203中计 算电压分布点数的点数变化。具体是，将该每个节点的设备控制量的变化 量和该点数灵敏度系数相乘而进行求取。配电考虑型运行计划制定部104 利用搜索到的设备控制量，在步骤S1204中评价DR的目标函数，在步骤 S1205中确认DR的制约条件。配电考虑型运行计划制定部104既可以将 在步骤S605中评价完的电压分布点数和电压分布点数的该点数变化组合 后直接利用于目标函数，也可以作为制约条件来利用。例如，如果最大限 度改善1日内电压控制设备的控制最难的电压分布形状，那么作为目标函 数只要取该电压分布点数加上该点数变化而得的值在1日中的最大值，并 对其进行最小化即可。再有，为了在全部时间内使电压分布形状的电压控 制难易度变为基准值以下，只要按照使该电压分布点数加上该点数变化而 得的值始终在基准值以下的方式设置制约条件即可。在此，该电压分布点 数加上该点数变化而得的值意味着DR控制后的电压分布点数。目标函数 或制约条件也能设定为这些以外，通过在至少1个目标函数或制约条件中 利用该电压分布点数及该点数变化，从而可以考虑对消费者设备控制后的 电压控制设备的控制难易度。如果在步骤S1205中制约条件没有问题 (S1206)，那么在步骤S1207中配电考虑型运行计划制定部104暂时保 存设备控制量和步骤S1204中的目标函数的评价结果。通过进一步实施 步骤S1201中的消费者设备的设备控制量的搜索，从而在可期待步骤 S1204中的目标函数的评价结果变得更好的期间内，在步骤S1208中配电 考虑型运行计划制定部104反复实施步骤S1201～步骤S1207。关于S1208 中的步骤S1201～步骤S1207的反复运算，可以利用普通的最佳化手法， 例如考虑混合整数计划法、或粒子群最佳化等元启发式(Metaheuristic) 的手法等，通常指定足够最佳化的反复次数。配电考虑型运行计划制定部 104在步骤S1209中从在步骤S1207中暂时保存的多组设备控制量内选择 步骤S1204中的目标函数的评价结果最好的最适宜的设备控制量。配电 考虑型运行计划制定部104在步骤S1210中基于该最适宜的设备控制量 来制定运用计划。

图13是配电考虑型运行计划制定部104在步骤S202中对该运用计 划进行修正的流程的例子。配电考虑型运行计划制定部104在步骤S1301 中从设备信息DB113取得设备信息。接着，配电考虑型运行计划制定部 104在步骤S1302中取得步骤S402中所制定的设备运行制约。最后，配 电考虑型运行计划制定部104在步骤S1303中对设备控制量进行修正并 更新运用计划。更具体的是，监视在步骤401中作为设备信息而取得的消 费者对设备运行日程表的变更履历、和蓄热量或SOC等设备状态，针对 虽然预定了DR蓄热运行但实施困难的设备，通过将DR蓄热运行的预定 变更为虽然未预定DR蓄热运行但能够实施DR的设备来进行修正。此时， 利用在步骤S401中作为设备信息而取得的设备的连接节点，尽可能将 DR蓄热运行的预定变更为与相同的节点连接的设备。根据该构成，可以 抑制已预定的电压控制设备的控制难易度的变更并对运用计划进行修正。

通过采取以上的构成，从而电压控制设备进行的配电电压控制变得容 易，对消费者设备进行了控制之际产生的电压制约违反降低。由此，以既 存的配电设备能力能够执行的消费者设备的控制量增大，可以增大能够交 易的消费者设备的控制量。

另外，本发明并未被限定于上述实施例，可包含各种变形例。例如， 上述的实施例为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明，并非限定 为一定要具备所说明过的全部构成。

符号说明

101 消费者设备运用管理系统

102 市场交易部

103 电压控制设备控制难易度评价部

104 配电控制考虑型运用计划制定部

105 运行执行部

106 通信部

107 消费者设备

108 设备管理部

109 电网连接部

110 费用计算部

111 交易管理DB

112 电网信息DB

113 设备信息DB

701 变电所

702 馈电网

703 链路

704 节点