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JP6109095B2 - エネルギー需要供給シミュレーション装置 - Google Patents

エネルギー需要供給シミュレーション装置 Download PDF

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Description

この発明は、エネルギー需要供給シミュレーション装置に関するものである。
エネルギー需要供給シミュレーション装置のシステム管理者は、エネルギー需要供給シミュレーション装置から取得した設備データ、計測データ、気象観測データを使用して、人間行動を考慮した需要予測を行い、最適化された電力供給計画のシミュレーションを行う。また、シミュレーションに使用した諸データやシミュレーション結果をエネルギーマネジメントシステム(以下、EMSという)側に転送し、実際の電力供給に活用する。近年、エネルギー供給元の多様化技術が普及している。太陽光発電、風力発電、小型水力発電、コジェネレーション、ボイラ、蓄電池などの設備を有する建物及び工場のエネルギー供給システムにおいて、実際の計測データや利用者の入力データに基づいて、運転コストを最小化し、或いはCO2排出量を最小化する最適運転計画を算出するサービスシステムが開発されている(例えば、特許文献1)。
特開2002−230099号公報
従来のサービスシステムを利用するには、設備データや需要予測データなどのデータを利用者が手入力する必要がある。算出された最適運転計画は省エネルギーの観点の妥当性評価や設備改修計画の立案に使用されている。ところで、シミュレーションをサービスシステムとして構築する場合、入力データがEMSと重複設定されたり、シミュレーションデータをEMSで直接活用できないという問題点があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、能動的にEMSと連携することにより、エネルギー需要供給シミュレーション時に必要なデータを自ら構築し、当該シミュレーションの結果得られたエネルギー最適供給計画データを、EMS側で最大限に活用できるエネルギー需要供給シミュレーション装置を提供することを目的とする。
この発明に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置は、
外部のエネルギーマネジメントシステムが管理対象とする施設が有するエネルギー消費設備とエネルギー供給設備との将来の電力の需要と供給をシミュレートするエネルギー需要供給シミュレーション装置において、
前記エネルギー消費設備と前記エネルギー供給設備の定格データを有する設備データを編集する設備編集部と、
前記設備データを保存する設備データベースと、
将来の一定の期間における前記エネルギー消費設備によるエネルギー消費量予測データ及び将来の前記一定の期間における前記エネルギー供給設備によるエネルギー供給量予測データ及び将来の前記一定の期間における天候予測データを有する予測データを編集する予測データ編集部と、
前記予測データを保存する予測データベースと、
前記設備データと前記予測データから前記設備データに属する前記エネルギー供給設備の前記エネルギー供給量予測データを自動修正する予測処理部と、
前記設備データと前記予測データとを用いて将来の前記一定の期間におけるエネルギー供給計画データを算出する供給計画部と、
前記エネルギー供給計画データを保存する供給計画データベースと、
前記エネルギー供給計画データと前記エネルギー供給計画データの算出に使用した前記設備データと前記予測データからなるシミュレーションデータを紐づけて件名データとして件名データベースに保存するシミュレーションデータ保存部と、
前記シミュレーションデータを読み込む、シミュレーションデータ読込部と、
前記シミュレーションデータの前記エネルギー供給計画データと前記設備データと前記予測データとを外部の前記エネルギーマネジメントシステムにそれぞれ転送するデータ転送部とを備えたものである。
この発明に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置は、上記のような構成を有するので、エネルギーマネジメントシステムから独立して必要最小限の資源を利用してエネルギー需要供給シミュレーションを実施できる。また、当該シミュレーションに使用した各設備データ、予測データ及びシミュレーションにより得られた供給計画データをエネルギーマネジメントシステムに転送し有効に活用することができる。
本発明の実施の形態1に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置のシステム構成模式図である。 本発明の実施の形態1で使用する各データの構成を示す図である。 本発明の実施の形態1に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置における処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置のシステム構成模式図である。 本発明の実施の形態2に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置における処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態3に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置のシステム構成模式図である。 本発明の実施の形態3に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置における処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態4に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置のシステム構成模式図である。 本発明の実施の形態4に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置における処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態5に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置のシステム構成模式図である。 本発明の実施の形態5に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置における処理のフローチャートである。
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1を図を用いて説明する。建物や工場(管理対象施設)にEMSを導入する場合、EMS導入後の状態を仮定してエネルギー需要供給シミュレーションを行い、EMS導入効果を事前に確認することができる。一方、EMSを運転させるには、設備データの登録や初期予測データの登録が必要となる。
これらの作業効率を上げるために、事前検討時において、まずエネルギー需要供給シミュレーション装置にて必要最小限のデータの設定を繰り返し行い、その結果を導入後のEMSに転送することで、作成したデータを最大限に活用することが重要である。
図1は、本発明の実施の形態1に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置100(以下、単に装置100という)のシステム構成模式図である。装置100は、単独装置として利用者に提供することができる。
設備編集部110は、エネルギー需要供給シミュレーション(以下、単にシミュレーションという)の管理対象となる建物や工場内に設置される全てのエネルギー供給設備、エネルギー消費設備のデータ(定格データ等)を定義し、本装置が利用する設備DB120(以下、DBとはデータベースの略称である)に設備データ120Dとして保存する。エネルギー供給設備とは、電力会社から供給されている商用電源や自家用化石燃料発電設備、太陽光発電設備、風力発電設備、蓄電池、EVなどな設備をいう。また、エネルギー消費設備とは、照明設備、空調設備、エレベータなどの設備をいう。
各設備は、設備間の親子関係やグループ関係を定義することができる。設備編集部110は、利用者に対して設備ごとに編集可能なGUI(グラフィカル ユーザ インターフェース)を提供し、利用者は、設備の新規登録や、保存された設備の修正ができる。編集した設備データ120Dは、装置100の設備DB120に保存される。また、設備編集部110は、決められたファイル形式の設備データを設備DB120に一括して読み込んだり、複数の設備データ120Dを一括修正するインタフェースも提供する。設備データ120Dは、具体的には図2(a)に示すような形式で保存される。
予測データ編集部112は、シミュレーションを実行するために必要なエネルギー需要予測データ等の諸データを設定する機能を提供する。利用者は、予測データ編集部112を使用して、一定期間中、例えば、今後1時間、1日間、1週間、1ヶ月間のエネルギー需要予測データや天候予測データを定義し、これらを装置100が有する予測DB121に予測データ121Dとして保存する。
なお、エネルギー需要予測データとは、建物や工場における前述の一定期間中のエネルギーの消費状況を予測し、数値化したデータである。また、天候予測データとは、天気予報のことで、天候、気温、日射量、風力などのデータが含まれる。
予測データ編集部112は、利用者に指定された期間中の予測データの入力をGUIで提供し、利用者は、グラフ形式また帳票形式にて予測データ121Dを作成することができる。また、予測データ編集部112は、決められたファイル形式の予測データ121Dを外部ファイルから一括入力するインタフェースも提供する。
利用者は、曜日データや、季節データ、人間行動などの要素を配慮した上で、直接入力又は、外部ファイルから一括入力された予測データ121Dを自由に編集することができる。予測データ121Dは、具体的には図2(b)に示すような形式で保存される。
設備DB120の設備データ120Dに太陽光発電設備や風力発電設備等、再生可能な自然エネルギーを活用する電力供給設備が定義されている場合、予測処理部111は、予測DB121の予測データ121Dに定義された天気予測データを基に、これらの設備から供給可能なエネルギー量の予測も行い、予測データ121Dに自動的に編集を加えて保存する。利用者は、予測データ編集部112を用いて、各エネルギー供給設備のエネルギー供給予測データを修正することも可能である。
供給計画部113は、シミュレーション機能を提供する。利用者は、供給計画部113によりシミュレーションを行い、上述の設備データ120D、予測データ121Dを基に、設定日時、期間におけるエネルギーの供給計画データ122Dを算出する。供給計画部113は、コスト最小、CO2排出最小などの最適化ポリシーにてエネルギーの供給計画データ122Dを算出することができ、利用者にグラフ形式また帳票形式のインタフェースにて計算結果の表示機能を提供する。供給計画データ122Dは、具体的には図2(c)に示すような形式である。また、供給計画部113は、指定された期間における、同様のポリシーにおける運転コスト、CO2排出量などのデータを集計することもできる。
シミュレーションデータ保存部114は、供給計画データ122Dを供給計画DB122に保存すると同時に、上述のシミュレーションに使用したシミュレーションデータのセット(設備データ120D、予測データ121Dとシミュレーション結果である供給計画データ122D)を紐付ける件名データ123Dを、件名DB123に保存する。
シミュレーションデータ読込部115は、一度シミュレーションに使用したシミュレーションデータのセットを設備DB120等のデータベースから読み込んで、各機能に引き渡す機能を提供する。利用者は、供給計画部113により再度シミュレーション結果を画面に表示したり、それぞれのデータを編集して、再度シミュレーションを実行することも可能である。
データ転送部116は、装置100内の各DB120、121、122に保存されている各データをEMS130に転送する機能を提供する。利用者は、データ転送部116により設備DB120に保存されている設備データ120D、予測DB121に保存されている予測データ121D、供給計画DB122に保存されている供給計画データ122DをEMS130の設備DB140、予測DB141、供給計画DB142へ転送できる。
EMS130のデータベースに直接接続できる場合は、転送対象データの選定や、転送先に同様なデータを検出したときの対応、例えば、破棄、上書等も指示することができる。なお、装置100が、EMS130の各データベースに接続できない場合や、装置100の各データベース構造がEMS130の各データベース構造と異なる場合は、転送データを予め決められたファイル形式に変換して出力する。EMS130は、変換、出力されたファイルを読み込むことで、設備データ120D、予測データ121D、供給計画データ122Dの転送を実現できる。
EMS130の管理者は、装置100から受信したデータを利用する日や時間帯を指定できる。指定された時間になったら、EMS130は、シミュレーション結果を元に各電源設備の出力を調整し、システムを運転する。当然、シミュレーションの結果は実際の状況から外れることもありえるが、これは、従来の予測外れと同じ現象である。EMS130は、フィードバック運転や、計画補正運転などの手法よりシステムの運転を維持、継続することが可能である。
次に、装置100の動作について説明する。
図3は、装置100における処理のフローチャートである。利用者は、画面操作により装置100を利用する。データ読み込み(ステップS201)の選択により既存のシミュレーションデータセットを読み込んで利用するか、又は新規に各種のデータを設定してシミュレーションを実行するかを決定する。
新規シミュレーションを実行する場合、まず設備編集部110を使用して設備データ120Dを登録する。利用者は、手動入力により設備データ120Dの登録を行う(ステップS202)。複数の設備データ120Dが決められた形式のファイルとして作成されている場合は、設備DB120への設備データ120Dの一括登録も可能である。
全ての設備データ120Dを登録完了するまで、設備の登録操作を繰り返す(ステップS203)。設備データ120Dの重複が発生しない限り、一括登録と手動登録は、何度繰り返しても良い。
設備データ120Dの登録完了後、予測データ編集部112により、予測データ121Dの登録を行う(ステップS204)。予測データ編集部112により予測データ121Dの修正が必要か否かを判断する(ステップS205)。修正が必要ない場合は、ステップS208の予測処理に進む。修正が必要な場合は、グラフ形式また帳票形式より予測データ121Dの修正ができる(ステップS206)。予測データ121Dの修正完了(ステップS207)まで何度繰り返しても良い。予測データ121Dの設定を終了すると予測処理部111は、自動的に、気象データ等に基づき電力供給設備の発電量を計算して予測データ121Dに反映させる(ステップS208)。
設備データ120Dと予測データ121Dの登録が完了した後、供給計画部113よりシミュレーション機能を起動し(ステップS209)、供給計画データ122Dの算出を行う(ステップS210)。シミュレーション結果を保存するか否かを判断する(ステップS211)。必要な場合は、シミュレーションに使用した設備データ120D、予測データ121D、供給計画データ122Dを紐づける件名データ123Dを指定された名称で件名DB123に登録する(ステップS212)。シミュレーションに使用した設備データ120D、予測データ121D、供給計画データ122Dの転送が指定された場合(ステップS213)は、EMS130に対してデータ転送部116により転送する(ステップS214)。ステップS211で、保存の必要がないと判断した場合は、処理を終了する。
既存のシミュレーションデータを読込んで再度利用する場合(ステップS201 Yes)は、名称を指定し(ステップS220)、件名DB123から対応する設備データ120D、予測データ121D、供給計画データ122Dを読み込んで(ステップS221〜S223)シミュレーションを実行する(ステップS209)。その後、EMS130へのデータ転送が必要な場合(ステップS213)は、シミュレーションに使用した設備データ120Dを、EMS130の設備DB140に設備データ140Dとして転送し、同様に予測データ121Dを、予測DB141に予測データ141Dとして、供給計画データ122Dを、供給計画DB142に供給計画データ142Dとして転送する。なお、各データの転送は、個別のデータ単位でもよいし、ファイルとして一括送信しても良い。
このように、実施の形態1に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置100によれば、装置100は、EMS130から独立して必要最小限の資源を利用してエネルギー需要供給シミュレーションを実施できる。また、シミュレーションに使用した各設備データ120D、予測データ121D及びシミュレーションにより得られた供給計画データ122DをEMS130に転送し有効に活用することができる。
実施の形態2.
以下、本発明の実施の形態2を図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図4は、本発明の実施の形態2に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置200(以下、単に装置200という)のシステム構成模式図である。
実施の形態1では、設備データ120D等、シミュレーションに使用する各データを装置100側で用意し、エネルギー需要供給シミュレーションに使用した各データをEMS130に転送することとし、EMS無しでも単独で装置100を運用できる構成とした。
本実施の形態では、装置200は、各設備が過去の特定の期間に実際に消費または供給した電力の実績である計測データ243Dを、EMS230の計測DB243から、季節、人間行動などの変動要素を反映した条件により抽出して取得し、取得した計測データ243Dを実施の形態1における予測データ121Dとしてシミュレーションを行うことができる。これにより、エネルギーの需要と供給の予測精度を向上させることが可能となる。
図5は、実施の形態2に係る装置200の処理のフローチャートである。実施の形態1と異なり、設備データ120Dの登録完了後(ステップS203)、予測処理部211は、EMS230から計測データ243Dを条件設定により抽出して読み込み、これを予測データ121Dとして予測DB121に保存する(ステップS2031)。これ以外の処理は、実施の形態1と同様である。
本発明の実施の形態2に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置200によれば、EMSの計測データ243Dを使用してシミュレーションを行える為、データ作成の手間が減り、予測精度の向上を実現できる。
なお、予測処理部211は、EMS230の計測DB243に直接接続可能な場合は、EMS230から指定された日付や期間の計測データ243Dを採取して予測データ121Dとして作成することができる。EMS230の計測DB243へ直接接続できない場合や、装置200のデータベース構造がEMS230のデータベース構造と異なる場合は、EMS230から装置200が認識可能なファイル形式に変換して出力し、装置200は、そのデータを読込めば良い。既存のEMS230から予測データ121Dとしての計測データ243Dを採取することでより簡単に、精度の高い予測データ121Dを作成することができる。
実施の形態3.
以下、本発明の実施の形態3を図を用いて実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
図6は、本発明の実施の形態3に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置300(以下、単に装置300という)のシステム構成模式図である。
本実施の形態では、装置300がEMS330からシミュレーション用の設備データ140Dを取得し、現状に対してエネルギー需要・供給設備を変動させてシミュレーションを行うことができる。エネルギー供給設備、消費設備の新規導入やリプレース時の検討材料として使用することが可能となり、設備変更後、シミュレーション時に想定した設備データ120Dを再度EMS330に転送してEMS330で使用することが可能となる。
図7は、実施の形態3に係る装置300の処理のフローチャートである。実施の形態2の処理に加えて、設備編集部310は、EMS330から設備データ140Dを受け取り、装置300内の設備DB120に設備データ120Dとして登録した後(ステップS302)、設備データの編集や新規追加を行い、設備データ120Dを更新する(ステップS203)。これ以外の処理は、実施の形態2と同様である。
本発明の実施の形態3に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置300によれば、装置300は、エネルギー需要・供給設備の改造工事を事前検証することができ、改造工事後、検討仕様をそのままEMS330側にて再利用することができる。
実施の形態4.
以下、本発明の実施の形態4を図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図8は、本発明の実施の形態4に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置400(以下、単に装置400という)のシステム構成模式図である。
本実施の形態では、装置400は、シミュレーションに使用した保存されている設備データ120D、予測データ121D、供給計画データ122Dを、指定された時刻にEMS側に転送するようにデータ転送部116を制御するスケジューラ5を備える。実施の形態1に比べて、シミュレーション関連データのEMS430への自動転送が可能となり、装置400のシミュレーション結果を任意の時刻にEMS430へ転送できる。転送されたシミュレーション関連データは、EMS430のデータ受信部によって受信される。
図9は、本実施の形態に係る装置400の処理のフローチャートである。
実施の形態1と同様の操作によりシミュレーション関連データを保存した後(ステップS211)、転送用のスケジューラ5の設定を行い、タイムアップまで監視する(ステップS2121)。スケジューラ5がタイムアップ(ステップS2122)したら各種データの転送をデータ転送部116に指示する(ステップS214)。
本発明の実施の形態4に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置400によれば、装置400に保存されているシミュレーション関連データをタイミングを指定してEMS430に転送することができるので、EMS430の負荷を調整できる。
実施の形態5.
以下、本発明の実施の形態5を図を用いて実施の形態2と異なる部分を中心に説明する。
図10は、本発明の実施の形態5に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置500(以下、単に装置500という)のシステム構成模式図である。
本実施の形態では、装置500が、EMS530による計測データ243Dを取得して保存する実績DB524を備える。そして、実績DB524の実績データ524Dと、その元となった予測データ141Dを同時に画面に併せて表示させることで、過去の予測について実際の運用で誤差が生じた箇所を確認することができる。このデータを活用することにより予測精度を向上することが可能となる。実施の形態2より更なる高精度の予測が可能となる実施例である。
図11は、実施の形態5に係る装置500の処理のフローチャートである。実施の形態2と異なる部分は、予測処理部511が、EMS530から計測データ243Dを実績データ524Dとして読み込んで実績DB524に保存し、その実績データ524Dに対応する過去の予測データ141Dを更に読み込んで、これらを併せて画面表示(ステップS5031)し、利用者は、次の予測データの登録の参考にできる点である。
本発明の実施の形態5に係るエネルギー需要供給シミュレーション装置500によれば、装置500は、過去の予測データ141Dとそれに対応する実績データである計測データ243DをEMS530より取得し、これらを同時に画面に表示してユーザに提供することで、ユーザに対して編集し易い環境を提供し、以後の予測精度の向上を実現できる。
尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
100,200,300,400,500 エネルギー需要供給シミュレーション装置、
110,310 設備編集部、111,211,511 予測処理部、
112 予測データ編集部、113 供給計画部、
114 シミュレーションデータ保存部、115 シミュレーションデータ読込部、
116 データ転送部、120,140D 設備データ、
121D,141D 予測データ、122D,142D 供給計画データ、
123D 件名データ、243D 計測データ、524D 実績データ、
120,140 設備DB、121,141 予測DB、
122,142 供給計画DB、123 件名DB、243 計測DB、
524 実績DB、130,230,330,430,530 EMS。

Claims (5)

  1. 外部のエネルギーマネジメントシステムが管理対象とする施設が有するエネルギー消費設備とエネルギー供給設備との将来の電力の需要と供給をシミュレートするエネルギー需要供給シミュレーション装置において、
    前記エネルギー消費設備と前記エネルギー供給設備の定格データを有する設備データを編集する設備編集部と、
    前記設備データを保存する設備データベースと、
    将来の一定の期間における前記エネルギー消費設備によるエネルギー消費量予測データ及び将来の前記一定の期間における前記エネルギー供給設備によるエネルギー供給量予測データ及び将来の前記一定の期間における天候予測データを有する予測データを編集する予測データ編集部と、
    前記予測データを保存する予測データベースと、
    前記設備データと前記予測データから前記設備データに属する前記エネルギー供給設備の前記エネルギー供給量予測データを自動修正する予測処理部と、
    前記設備データと前記予測データとを用いて将来の前記一定の期間におけるエネルギー供給計画データを算出する供給計画部と、
    前記エネルギー供給計画データを保存する供給計画データベースと、
    前記エネルギー供給計画データと前記エネルギー供給計画データの算出に使用した前記設備データと前記予測データからなるシミュレーションデータを紐づけて件名データとして件名データベースに保存するシミュレーションデータ保存部と、
    前記シミュレーションデータを読み込む、シミュレーションデータ読込部と、
    前記シミュレーションデータの前記エネルギー供給計画データと前記設備データと前記予測データとを外部の前記エネルギーマネジメントシステムにそれぞれ転送するデータ転送部とを備えたエネルギー需要供給シミュレーション装置。
  2. 前記予測処理部は、外部の前記エネルギーマネジメントシステムから、過去の前記一定の期間における前記エネルギー消費設備によるエネルギー消費実績データと前記エネルギー供給設備によるエネルギー供給実績データである計測データを取得して前記予測データとして利用する請求項1に記載のエネルギー需要供給シミュレーション装置。
  3. 前記設備編集部は、外部の前記エネルギーマネジメントシステムから、前記エネルギーマネジメントシステムが管理対象とする施設が有するエネルギー消費設備とエネルギー供給設備の定格データを有する設備データを取得する請求項1又は請求項2に記載のエネルギー需要供給シミュレーション装置。
  4. 前記データ転送部は、前記シミュレーションデータを転送する時期を予め設定するスケジューラを備える請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のエネルギー需要供給シミュレーション装置。
  5. 前記予測処理部は、外部の前記エネルギーマネジメントシステムに転送された、過去の前記一定の期間における前記予測データと、過去の前記一定の期間における前記エネルギーマネジメントシステムによる前記計測データとを前記エネルギーマネジメントシステムから取得して併せて画面に表示する請求項2に記載のエネルギー需要供給シミュレーション装置。
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