JP6308465B2 - 給電制御装置、給電制御システム、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、建物に設けられた蓄電装置から電気負荷に給電するか否かを制御する給電制御装置、建物に設けられた蓄電装置から電気負荷に給電するか否かを制御する給電制御システム、コンピュータを給電制御装置として機能させるプログラムに関する。

従来、電力需要量のパターンに基づいて需要家をグループに分類し、需要逼迫時に該当するグループに対して制限指令による制御を行う技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、蓄電量制御部の充放電量指示部が蓄電設備に対して充放電指示を出す構成が記載されている。

特開２０１３−２４０１５４号公報

特許文献１に記載された技術では、充放電指示により蓄電設備の充電および放電が行われる。そのため、たとえば供給電力の逼迫時に蓄電設備から電力を供給することで、需要電力の平準化が可能になる。ただし、特許文献１に記載された蓄電設備はグリッド内に設けられる構成であり、個々の需要家が建物内で利用する蓄電装置は想定されていない。

本発明は、蓄電装置を用いて電力系統に対する需要電力の低減を可能にし、かつ蓄電装置の残容量の低下を抑制することを可能にする給電制御装置および給電制御システムを提供することを目的とする。また、本発明は、コンピュータをこの給電制御装置として機能させるプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る給電制御装置は、建物で使用される蓄電装置から電気負荷に給電することが要求される対象期間に、前記蓄電装置から前記電気負荷に給電させるか否かを判断する判断部と、前記電気負荷の使用者が前記建物に存在する存在状態と前記使用者が前記建物に存在しない不在状態とを推定する推定部と、前記建物に設置された分電盤で分岐された分岐回路ごとに消費電力値を計測するように構成された計測装置から前記消費電力値を取得する取得部と、前記存在状態または前記不在状態の条件のもとで、前記分岐回路ごとに前記消費電力値から求められる前記電気負荷の動作が起きる確率である条件付き確率を記憶する記憶部とを備え、前記推定部は、前記取得部が取得した前記分岐回路ごとの前記消費電力値から求められる前記電気負荷の動作に対応した条件付き確率を用いて、前記存在状態および前記不在状態が生じる確率を求め、前記存在状態と前記不在状態との状態のうち確率が相対的に高い状態を、推定時点の状態と推定し、前記判断部は、前記対象期間に前記推定部が前記存在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせるように判断し、前記対象期間に前記推定部が前記不在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせないように判断することを特徴とする。

本発明に係る給電制御システムは、建物に配置される個別管理装置と、複数台の個別管理装置と通信し、前記対象期間を指定する機能を有する集中管理装置とを備え、前記個別管理装置は、給電制御装置を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る別の給電制御システムは、建物に配置される個別管理装置と、複数台の個別管理装置と通信する集中管理装置とを備え、前記個別管理装置は、前記建物に設置された分電盤で分岐された分岐回路ごとに消費電力値を計測するように構成された計測装置から消費電力値を取得する取得部を備え、前記集中管理装置は、前記建物で使用される蓄電装置から電気負荷に給電することが要求される対象期間に、前記蓄電装置から前記電気負荷に給電させるか否かを判断する判断部と、前記取得部が取得した前記消費電力値を用いて、前記電気負荷の使用者が前記建物に存在する存在状態と前記使用者が前記建物に存在しない不在状態とを推定する推定部と、前記存在状態または前記不在状態の条件のもとで、前記分岐回路ごとに前記消費電力値から求められる前記電気負荷の動作が起きる確率である条件付き確率を記憶する記憶部とを備え、前記推定部は、前記取得部が取得した前記分岐回路ごとの前記消費電力値から求められる前記電気負荷の動作に対応した条件付き確率を用いて、前記存在状態および前記不在状態が生じる確率を求め、前記存在状態と前記不在状態との状態のうち確率が相対的に高い状態を、推定時点の状態と推定し、前記判断部は、前記対象期間に前記推定部が前記存在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせるように判断し、前記対象期間に前記推定部が前記不在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせないように判断することを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、コンピュータを、給電制御装置として機能させるためのプログラムである。

本発明の構成によれば、蓄電装置から電気負荷に給電することが要求される対象期間において、電気負荷の使用者が建物に存在しない不在状態であるときには、蓄電装置から電気負荷への給電を行わない。したがって、不在状態であって電気負荷での消費電力値が小さい建物では、蓄電装置を使用しないことによって、蓄電装置の残容量の低下を抑制することができる。また、存在状態であって電気負荷での消費電力値が大きい建物では、蓄電装置を使用することによって、電力系統に対する需要電力を低減させ、需要電力のピークカットを図ることが可能になる。

実施形態１を示すブロック図である。 実施形態１において行動と消費電力との関係の例を示す図である。 実施形態１で用いる事前確率の例を示す図である。 実施形態１で用いる第１の条件付き確率の例を示す図である。 実施形態１で用いる第２の条件付き確率の例を示す図である。 実施形態１で用いるベイジアンネットの例を示す図である。 実施形態２を示すブロック図である。

以下に説明する実施形態は、建物が戸建て住宅であって、建物ごとに蓄電装置が設けられている場合を想定している。ただし、建物が集合住宅、オフィスビル、商業ビルなどであって、電力系統から電力を購入する契約者が建物内に複数存在する場合には、契約者ごとに蓄電装置を備える形態と、建物内の契約者が共用する蓄電装置を備える形態とのどちらであってもよい。また、建物内に複数の契約者が存在し、かつ契約者ごとに蓄電装置を備える場合、建物は契約者ごとに占有するスペースの意味になる。たとえば、集合住宅の場合に建物は住戸と読み替えられ、オフィスビルあるいは商業ビルの場合に建物はテナントと読み替えられる。

蓄電装置は、蓄電池と、蓄電池の充電および放電を行う電力変換器と、蓄電池の充電および放電のタイミングを制御する制御部とを備える。蓄電池の充電は、電力系統から受電した電力を用いて行う。ただし、太陽光発電設備あるいは風力発電設備のように再生可能エネルギーにより発電する分散型電源を備えている場合に、この種の分散型電源が発電した電力により蓄電池を充電してもよい。また、蓄電装置は、建物に設置される構成だけではなく、蓄電池を搭載した電気自動車あるいはハイブリッド車のような電動車両であってもよい。

蓄電装置は、建物で使用される電気負荷に給電できるように、建物内で電気負荷に給電する屋内電路に電気的に接続される。一般的には、契約者ごとに分電盤が配置されるから、建物で使用するすべての電気負荷に蓄電装置の電力を分配する場合には、蓄電装置は分電盤における主幹回路に電気的に接続される。また、集合住宅、テナントビルのように、複数の契約者が存在する建物では、蓄電装置は、電力系統からの受電点と各契約者に配置された電力メータとの間の電路に電気的に接続されていてもよい。

ただし、蓄電装置から供給可能な電力量は有限であるから、建物で使用するすべての電気負荷に蓄電装置から給電する代わりに、特定の電気負荷にのみ蓄電装置から給電することが望ましい。以下に説明する実施形態では、蓄電装置が特定の電気負荷に給電する構成例を採用する。建物は戸建て住宅を想定しているから、以下に説明する実施形態では、電気負荷の使用者を「住人」、使用者が建物に存在する状態を「在宅状態」、使用者が建物に不在である状態を「外出状態」という。

また、実施形態では、電気負荷で消費される需要電力に対して、電力系統に供給される供給電力が不足するのを防止するために、蓄電装置が電気負荷に給電する場合を例として説明する。すなわち、実施形態では、需要電力を抑制して供給電力の不足を防止するという目的で蓄電装置を用いる場合について説明する。そのため、蓄電装置は、建物で受電する電力量を低減させることが要求されたときに、建物で使用される電気負荷に対して給電するように構成されている。以下では蓄電池の充電についてはとくに言及しない。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、個別管理装置１１０と集中管理装置２１０とを備える。給電制御装置１０は、本実施形態では、個別管理装置１１０に相当する。個別管理装置１１０は、蓄電装置２０を備える建物４０に配置され、集中管理装置２１０は、電気事業者またはサービス提供事業者が管理する。個別管理装置１１０は通信部１１１を備え、集中管理装置２１０は通信部２１１を備える。通信部１１１と通信部２１１とはインターネットまたは専用回線のような電気通信回線６０を通して通信する。集中管理装置２１０は、指令部２１２を備え、必要に応じて、個別管理装置１１０に対して蓄電装置２０から給電するように要求を行う。この要求は、通信部２１１および通信部１１１を通して後述する判断部１２に与えられる。

個別管理装置１１０は、たとえば、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）に用いるコントローラの一部の機能として実現することが可能である。この種のコントローラは、プログラムに従って動作するプロセッサを備え、また蓄電装置２０および後述する計測装置３０との間でデータを授受するためのインターフェイス部を備える。したがって、以下に説明する機能を実現するためのプログラムをコントローラに与えることによって、コントローラを個別管理装置１１０として機能させることが可能である。なお、ＨＥＭＳのコントローラを個別管理装置１１０として機能させることは一例であって、個別管理装置１１０は、プロセッサを備えた専用の装置であってもよい。

コンピュータを給電制御装置１０として機能させるためのプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）に書き込まれて提供されるほか、コンピュータで読み取り可能な記録媒体により提供されてもよい。また、プログラムは、インターネットのような電気通信回線を通して提供されてもよい。

建物４０は、個別管理装置１１０である給電制御装置１０のほかに、蓄電装置２０と分電盤５０とを備える。電力系統５１から受電した電力は、分電盤５０において複数系統の分岐回路５２に分岐され、分岐回路５２に接続された電気負荷４１に給電される。分電盤５０は、図示しない主幹ブレーカおよび複数個の分岐ブレーカを備え、分岐回路５２ごとに分岐ブレーカが設けられる。

蓄電装置２０は、上述したように、蓄電池２１と電力変換器２２と制御部２３とを備える。蓄電装置２０は、建物４０で使用される電気負荷４１への給電が可能になるように、建物４０に配線された屋内電路４２に接続される。ここに、屋内電路４２は、主幹ブレーカの上流側である屋内幹線５３と、分岐ブレーカの下流側である分岐回路５２と、主幹ブレーカと分岐ブレーカとの間の電路とを含む。つまり、蓄電装置２０は、屋内幹線５３、分岐回路５２、主幹ブレーカと分岐ブレーカとの間の電路とのいずれかに接続される。

蓄電装置２０が出力する電力が比較的大きく、かつ蓄電装置２０に用いている蓄電池２１の容量が比較的大きい場合には、建物４０で使用するすべての電気負荷４１に、蓄電装置２０から電力を供給してもよい。ただし、本実施形態は、蓄電装置２０の電力を、特定の電気負荷４１に供給する構成を採用している。したがって、蓄電装置２０は、特定の分岐回路５２に接続される。蓄電装置２０から特定の電気負荷４１に給電する期間には、該当する分岐回路５２は他の分岐回路５２とは電気的に切り離される。

蓄電装置２０が備える制御部２３は、給電制御装置１０に設けられた指示部１１から指示を受けて、電気負荷４１への給電を行うか否かを選択する。本実施形態において、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電するのは、建物４０で電力系統５１から受電する電力を低減させることが目的であり、蓄電装置２０が電気負荷４１に給電している期間に、電力系統５１に対する需要電力が低減されることになる。そのため、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電の指示は、電力系統５１に対する需要電力を低減させる場合などに、集中管理装置２１０などから指示部１１に対して行われる場合がある。

なお、蓄電装置２０は、電力系統５１から受電できなくなる停電時などに電気負荷４１に給電するために利用される場合がある。また、蓄電装置２０は、太陽光発電設備のような再生可能エネルギーによって発電する分散型電源と併用され、分散型電源が発電しない期間に蓄電装置２０の電力を電気負荷４１に供給するために用いられる場合もある。これらの場合も、以下に説明する技術を採用することが可能であるが、本実施形態は、電力系統５１に対する需要電力を低減させる場合を想定する。

指示部１１が、蓄電装置２０に対して電気負荷４１への給電を要求する条件のうちひとつは、集中管理装置２１０から要求された対象期間であるということである。ただし、本実施形態は、住人が在宅状態であるときにだけ蓄電装置２０から電気負荷４１への給電を行い、住人が不在状態である場合には対象期間であっても蓄電装置２０から電気負荷４１への給電は行わないように条件が定められている。在宅状態と不在状態とは、後述するように推定部１３が推定する。ここに、対象期間は、対象期間の開始時点に先立って前日あるいは当日の午前中に通知されるような場合と、対象期間の直前に通知される場合とがある。

給電制御装置１０は、判断部１２を備えている。判断部１２は、集中管理装置２１０から要求された対象期間と、推定部１３が推定した在宅状態または不在状態との条件の組み合わせを評価する。つまり、判断部１２は、対象期間において推定部１３が在宅状態と推定している場合は、電気負荷４１に給電するように指示部１１を通して蓄電装置２０に指示を与える。一方、判断部１２は、対象期間において推定部１３が不在状態と推定している場合は、電気負荷４１に給電しないように指示部１１を通して蓄電装置２０に指示を与える。

上述した動作によって、不在状態において蓄電装置２０から電気負荷４１に給電することによって、住人が不在状態である期間に、蓄電池２１の残容量が低下してしまうことが防止される。その一方で、住人が在宅状態である期間には、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電することによって、電力系統５１に対する需要電力の低減に貢献することが可能になる。

ところで、本実施形態において、推定部１３は、電気負荷４１が消費した電力（以下、「消費電力」という）を監視することによって、住人の在宅状態と不在状態とを推定している。そのため、建物４０に設けられた計測装置３０により消費電力が監視される。本実施形態では、計測装置３０は、消費電力を分岐回路５２ごとに計測する。計測装置３０は、分電盤５０に内蔵されるか、分電盤５０に付設される。

屋内幹線５３において消費電力を計測することによっても、住人の在宅状態と不在状態とを推定することは可能であるが、分岐回路５２ごとに消費電力を計測するほうが、情報量が増加するから、推定の精度が高くなる。なお、分岐回路５２ごとの消費電力は、分岐ブレーカの下流側と上流側とのどちらで監視してもよい。

計測装置３０は、分岐回路５２の通過電流を監視する監視部３１と、監視部３１が検出した電流値と分岐回路５２の線間の電圧値とから分岐回路５２ごとに消費電力値を求める計算部３２とを備える。

監視部３１には、ロゴスキーコイルまたはクランプ型の電流センサが用いられる。計算部３２が求める消費電力値は、実際には単位時間における積算電力値を単位時間で除した値であり、単位時間は、たとえば１秒間〜３０分間の範囲で選択され、望ましくは、１秒間、１０秒間、３０秒間、１分間などから選択される。

給電制御装置１０は、計測装置３０から出力される分岐回路５２ごとの消費電力値を取得する取得部１４を備える。取得部１４が計測装置３０から取得した消費電力値は個々の消費電力値を取得した日時に結び付けられ、消費電力値と日時とを組み合わせたデータは記憶部１５に格納される。消費電力値を取得した日時は、給電制御装置１０に内蔵した時計部１６に計時される。時計部１６は、たとえばリアルタイムクロックで実現される。ここに、計測装置３０は、図示しない通信ユニットを通して、計算部３２が計算した消費電力値を給電制御装置１０に送信する構成であってもよい。

推定部１３は、記憶部１５に格納されている消費電力値を用いて住人の在宅状態と不在状態とを推定する。本実施形態の推定部１３は、時間経過に伴う消費電力の推移を用いて住人の在宅状態と不在状態とを推定するために、住人の生活について、外出中である外出状態と、睡眠中である睡眠状態との区分が設けられている。在宅状態は、住人が在宅している状態であって、かつ睡眠状態ではない状態を意味する。これは、住人が在宅している場合でも、電気負荷４１の消費電力は、睡眠中と非睡眠中とでは変化するからである。また、外出状態と睡眠状態とは、不在状態として扱われる。これは、外出状態だけではなく、睡眠状態においても電気負荷４１は原則として操作されることがないからである。

また、推定部１３は、在宅状態から睡眠状態に移行する事象を就寝事象、睡眠状態から在宅状態に移行する事象を起床事象、在宅状態から外出状態に移行する事象を外出事象、外出状態から在宅状態に変化する事象を帰宅事象として扱う。推定部１３が、消費電力の推移に基づいて、在宅状態、外出状態、睡眠状態を区分し、かつ就寝事象、起床事象、外出事象、帰宅事象を区別するには、あらかじめ過去の消費電力値を分析し、消費電力の推移と各状態との対応関係を求めておく必要がある。

消費電力の推移には、電気負荷４１が稼働中か否かの情報が含まれている。ただし、リモコン信号の受信待ちなどであって、電気負荷４１が実質的に稼働していないにもかかわらず消費電力が生じていることがある。電気負荷４１が非稼働である期間に生じる消費電力は、待機電力として扱われる。待機電力の大きさは、電気負荷４１の種類によって異なり、また分岐回路５２に複数台の電気負荷４１が接続されている場合には、電気負荷４１の組み合わせによっても異なる。

したがって、分岐回路５２に接続された電気負荷４１が稼働中か否かを判断するには、分岐回路５２ごとに待機電力の大きさより大きい閾値を設定することが望ましい。すなわち、消費電力値が当該閾値を下回ったときに、電気負荷４１が非稼働であると判断する。この閾値を設定するために、推定部１３は、仮の閾値を設定し、消費電力値が仮の閾値以下である状態が継続する時間が所定の維持時間を超えるという条件を満足する範囲における仮の閾値の最小値を求める。つまり、推定部１３は、仮の閾値の最小値を電気負荷４１が稼働中か否かを判断する閾値に用いる。上述のようにして分岐回路５２ごとに定めた閾値は、該当する分岐回路５２における待機電力の最大値に相当する。

事前確率は、１日のうちで上述した在宅状態、外出状態、睡眠状態の３種類が生じる確率として求められる。事前確率は、実績に基づいて定めるか、住人と属性が類似するグループから統計的に定められる。住人の行動に関する事前確率は、在宅状態、外出状態、睡眠状態のそれぞれが１日に占める時間の割合として定められる。たとえば、睡眠状態が１日に８時間を占めているとすれば、睡眠状態の事前確率は８／２４≒３３．３％になる。

実績に基づいて事前確率を定めるには、曜日による変動、季節による変動などを考慮して定めた適宜の計測期間において、対象である住宅における住人に行動を申告させる。ここに、行動の申告は、特定の機器を操作することで代用してもよい。たとえば、外出事象あるいは帰宅事象は、電気錠の開閉という操作と関連付けておくことが可能である。

また、住人の属性は、職業、年齢、居住地域、家族構成などを意味する。多数の住宅において、住人の行動に関する情報が集められている場合には、グループは、属性の類似性によって分けられ、グループごとに事前確率が求められる。なお、グループは、事前確率の類似性によって分けられ、グループごとに住人の属性が求められてもよい。

さらに、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態のもとで、分岐回路５２ごとに電気負荷４１が稼働中であるか非稼働であるかの確率が、第１の条件付き確率としてあらかじめ求められる。電気負荷４１が稼働中である確率は、各状態である時間のうち電気負荷４１が稼働中である時間が占める割合として定められる。たとえば、睡眠状態が６時間であって、睡眠状態において特定の分岐回路５２に接続された電気負荷４１が３．６時間稼働したとすると、第１の条件付き確率は６０％と定められる。

第１の条件付き確率を求めるには、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態を知る必要があるから、適宜の計測期間において、住人に行動を申告させる。住人による行動の申告は、事前確率を求める場合と同様に行われる。言い換えると、住人の申告によって事前確率を定める場合に、この申告を第１の条件付き確率を求めるための申告に兼用することができる。

第１の条件付き確率は、消費電力の変化が在宅状態、外出状態、睡眠状態との相関が強い分岐回路５２を選択して求めることが望ましい。つまり、電気負荷４１として冷蔵庫が接続されている分岐回路５２のように、在宅状態、外出状態、睡眠状態と、消費電力との相関が弱い分岐回路５２は、第１の条件付き確率を求める対象から除外することが望ましい。

第１の条件付き確率は、在宅状態と外出状態と睡眠状態とのそれぞれの期間で、分岐回路５２ごとに電気負荷４１が稼働中である時間の割合として求められている。本実施形態では、第１の条件付き確率に加えて、第２の条件付き確率も用いる。第２の条件付き確率は、１日を複数の時間帯に分割し、時間帯ごとに求められる。すなわち、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態を条件として、時間帯ごとに各状態が生じる確率が、第２の条件付き確率として求められる。

たとえば、１日を０〜６時、６〜１２時、１２〜１８時、１８〜２４時の６時間ずつの時間帯に均等に分割して、各時間帯ごとに、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態が占める時間の割合を、第２の条件付き確率とする。なお、第２の条件付き確率も適宜の計測期間において、住人に申告させることにより求めることが望ましい。

図２に、１日における住人の行動Ｂ１と、分岐回路５２ごとの消費電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３との例を示す。図２において、住人の行動Ｂ１は、在宅状態、外出状態、睡眠状態の３状態が示されている。また、図２において、リビングに対応する分岐回路５２の消費電力Ｐ１と、キッチンに対応する分岐回路５２の消費電力Ｐ２と、洋室に対応する分岐回路５２の消費電力Ｐ３とを示している。

図２に示す例では、１日のうち、在宅状態が１１時間、外出状態が７時間、睡眠状態が６時間であって、円グラフで表すと、図３のように、在宅状態は４５．９％、外出状態は２９．１％、睡眠状態は２５％になる。これらの値が、在宅状態、外出状態、睡眠状態の事前確率になる。

また、住人の行動における状態ごとに、分岐回路５２ごとの消費電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に基づいて、分岐回路５２ごとに電気負荷４１が稼働している時間を求め、状態ごとの期間において稼働中の時間が占める割合を、第１の条件付き確率として求める。睡眠状態である期間のうち、リビング、キッチン、洋室にそれぞれ対応する分岐回路５２において電気負荷４１が稼働中（ｏｎ）か非稼働（ｏｆｆ）かの時間の割合を円グラフで示すと、たとえば、図４のようになる。

図４Ａは、リビングに対応する分岐回路５２に接続された電気負荷４１について、稼働中（ｏｎ）か非稼働（ｏｆｆ）かの割合を表しており、稼働中である時間の割合は、たとえば、睡眠状態の期間のうちの６０％になっている。図４Ｂは、キッチンに対応する分岐回路５２に接続された電気負荷４１について、稼働中か非稼働かの割合を示しており、睡眠状態の期間においては、つねに非稼働になっている。図４Ｃは、洋室に対応する分岐回路５２に接続された電気負荷４１について、稼働中か非稼働かの割合を示しており、睡眠状態の期間においては、つねに稼働中になっている。したがって、図４の例において、睡眠状態を条件として電気負荷４１が稼働中になる第１の条件付き確率は、リビングでは６０％、キッチンでは０％、洋室では１００％になる。

図５は、０〜６時の時間帯において睡眠状態である時間が占める割合を示す円グラフであって、図示例では１００％になっている。つまり、図５に示す例では、第２の条件付き確率は１００％になる。また、図２に示した例では、６〜１２時、１２〜１８時、１８〜２４時の各時間帯には、睡眠状態は生じないから、６〜１２時、１２〜１８時、１８〜２４時の各時間帯における第２の条件付き確率は、すべて０％になる。

事前確率、第１の条件付き確率、第２の条件付き確率は、推定部１３が在宅状態と不在状態とを推定する処理を行う前に求められ、あらかじめ記憶部１５に格納される。なお、給電制御装置１０の導入初期には、事前確率、第１の条件付き確率、第２の条件付き確率は、住人に設定させた初期値を用いればよく、その後、データの蓄積に伴って徐々に修正すればよい。

推定部１３は、分岐回路５２ごとの消費電力の推移を用いて、以下の手順により、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態を推定する。３状態の推定は、適宜の時間間隔ごとに行われる。この時間間隔は、通常は一定時間（たとえば、１秒〜１０分の範囲で選択される）に設定される。また、推定部１３において、一時点前の状態は既知であると仮定する。推定部１３は、あらかじめ選択されている分岐回路５２から取得した消費電力値を用いて、分岐回路５２ごとの電気負荷４１が稼働中か非稼働かを判定する。

推定部１３は、この判定結果を記憶部１５に照らし合わせることにより、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態に対応した第１の条件付き確率を求める。すなわち、分岐回路５２ごとに、電気負荷４１が稼働中か非稼働かに応じて、在宅状態、外出状態、睡眠状態のそれぞれの状態と推定される確率が求められる。

また、推定部１３は、時計部１６が計時している日時を記憶部１５に照らし合わせることにより、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態に対応した第２の条件付き確率を求める。すなわち、時計部１６が計時している日時が、どの時間帯に属するかを求め、該当する時間帯において、在宅状態、外出状態、睡眠状態のそれぞれの状態が発生し得る確率が求められる。

推定部１３は、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態に関する事前確率と、記憶部１５との照合により求めた第１の条件付き確率および第２の条件付き確率とを用いて同時確率を求める。すなわち、推定部１３は、推定時点における分岐回路５２ごとの電気負荷４１の動作と、推定時点が含まれる時間帯とを、ベイジアンネットに対する確定情報として入力する。推定部１３は、確定情報を記憶部１５に照らし合わせて、記憶部１５から事前確率と第１の条件付き確率と第２の条件付き確率とを読み出す。さらに、推定部１３は、これらの確率の同時確率を求める。

同時確率は、在宅状態、外出状態、睡眠状態のそれぞれの状態について求められる。推定部１３は、推定時点について求められた３種類の同時確率を用いて、在宅状態、外出状態、睡眠状態のそれぞれに対応した確率をベイズの定理に基づいて演算する。

推定部１３が在宅状態、外出状態、睡眠状態のそれぞれに対応した確率を算出する例を図６に示すベイジアンネットを参照して説明する。図６では、「状態」のノードＮ１が取り得る値として、在宅状態、外出状態、睡眠状態の３種類を想定している。

ノードＮ１には、３種類の分岐回路５２に対応するノードＮ２１、Ｎ２２、Ｎ２３が結合されている。ノードＮ２１はリビングの分岐回路５２、ノードＮ２２はキッチンの分岐回路５２、ノードＮ２３は洋室の分岐回路５２にそれぞれ対応する。これらのノードＮ２１、Ｎ２２、Ｎ２３が取り得る値は、それぞれ電気負荷４１が稼働中である「ｏｎ」と非稼働である「ｏｆｆ」との２種類である。ノードＮ２１、Ｎ２２、Ｎ２３には、取り得る値ごとに、在宅状態、外出状態、睡眠状態の３種類の状態と推定される確率としての第１の条件付き確率が設定される。

ノードＮ１には、時間帯に対応したノードＮ２４も結合されている。このノードＮ２４が取り得る値は、０〜６時、６〜１２時、１２〜１８時、１８〜２４時の４種類である。ノードＮ２４には、取り得る値ごとに、在宅状態、外出状態、睡眠状態の３種類の状態が発生し得る確率としての第２の条件付き確率が設定される。

推定部１３は、推定時点において、在宅状態、外出状態、睡眠状態のうちのどの状態かを推定するために、３種類のそれぞれの状態について、記憶部１５に格納された事前確率を読み出す。また、推定部１３は、着目している分岐回路５２ごとの消費電力値に基づいて、それぞれの分岐回路５２における電気負荷４１が稼働中か非稼働かの判断結果に対応した第１の条件付き確率を記憶部１５から読み出す。さらに、推定部１３は、推定時点の時刻が属する時間帯に対応した第２の条件付き確率を記憶部１５から読み出す。

記憶部１５から読み出された事前確率と第１の条件付き確率と第２の条件付き確率は、乗算され、該当するすべての事象が起きる確率である同時確率が算出される。推定部１３は、在宅状態、外出状態、睡眠状態のそれぞれに対して同時確率を求める。すなわち、推定部１３は、在宅状態と仮定したときの同時確率と、外出状態と仮定したときの同時確率と、睡眠状態と仮定したときの同時確率とをそれぞれ求める。

いま、在宅状態と仮定したときの同時確率がａ１％、外出状態と仮定したときの同時確率がａ２％、睡眠状態と仮定したときの同時確率がａ３％であったとする。この場合、在宅状態である確率は、ａ１／（ａ１＋ａ２＋ａ３）、外出状態である確率はａ２／（ａ１＋ａ２＋ａ３）、睡眠状態である確率はａ３／（ａ１＋ａ２＋ａ３）としてそれぞれ求められる。推定部１３は、このようにして求めた各状態の確率のうち、確率が相対的に高い状態を、推定時点の状態と推定する。つまり、在宅状態の確率が、外出状態の確率および睡眠状態の確率に対して相対的に高い場合には、推定時点の状態は在宅状態であると推定される。

推定部１３は、適宜の時間間隔で推定を繰り返し、電気負荷４１の動作を用いて住人の行動を推定する。また、在宅状態、外出状態、睡眠状態が他の状態に変化する時点を推定することによって、起床事象、就床事象、外出事象、帰宅事象を推定する。なお、確率に有意の差が生じない場合、推定部１３は、一時点前の状態が継続していると判断すればよい。

上述した動作例では、推定部１３は、推定時点の状態を、事前確率と第１の条件付き確率と第２の条件付き確率とを用いて推定している。一時点前の状態が既知であるか推定されている場合には、一時点前から推定時点への状態の遷移確率を加味して状態の推定を行うようにしてもよい。

在宅状態、外出状態、睡眠状態の３種類の状態を推定し、かつ適宜の時間間隔で状態を推定しているから、遷移する状態の組み合わせの種類は９種類になる。つまり、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態から同じ状態に遷移する場合と、各状態から他の状態へ遷移する場合とが含まれる。ただし、睡眠状態と外出状態との間の遷移は、通常は生じないから、睡眠状態から外出状態への遷移確率と、外出状態から睡眠状態への遷移確率とは、０％としてよい。すなわち、状態の遷移は、残りの７種類について考慮すればよい。遷移確率は、適宜の計測期間において求められる。

同時確率を求めるために遷移確率を加味する場合には、推定時点に対して一時点前の状態からの遷移確率を用いる。つまり、事前確率に遷移確率を乗算し、さらに電気負荷４１の動作に対応する第１の条件付き確率と、推定時点の時間帯に対応する第２の条件付き確率とを乗算することにより、各状態ごとの同時確率が求められる。以後の処理は遷移確率を用いない場合と同様であって、在宅状態、外出状態、睡眠状態の各状態ごとに起きうる確率が求められ、確率の大きさの相対的な評価によって、推定時点における状態が推定される。

推定時点において、在宅状態、外出状態、睡眠状態のうちのどの状態かを推定するにあたって、遷移確率を加味すると、外出状態と睡眠状態との間の遷移のように起きる可能性が少ない推定結果が除外され、推定精度が高められる。

なお、推定部１３の推定結果と、実際の状態とが相違する場合に、住人が正しい状態を教示することによって、記憶部１５に格納されている確率の情報を更新させる構成を採用してもよい。このように、推定結果に対するフィードバックを行えば、記憶部１５に格納された情報が更新され、学習の効果によって推定精度を高めることが可能になる。

ところで、本実施形態は、在宅状態を存在状態として扱い、外出状態と睡眠状態とを不在状態として扱う。したがって、推定部１３の推定結果が在宅状態であれば存在状態であり、推定部１３の推定結果が外出状態あるいは睡眠状態であれば不在状態である。推定部１３による存在状態と不在状態との推定結果は判断部１２に与えられる。

判断部１２は、上述したように、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電が要求された対象期間であって、かつ不在状態である場合には、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電は行わない。そのため、不在状態における蓄電池２１の残容量の低下が防止される。一方、判断部１２は、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電が要求された対象期間であって、かつ在宅状態である場合には、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電を行うことによって、住人の利便性を損なわずに、電力系統５１からの受電量を低減させることが可能になる。

以上のように本実施形態の給電制御装置１０は、判断部１２と推定部１３とを備える。判断部１２は、建物４０で使用される蓄電装置２０から電気負荷４１に給電することが要求される対象期間に、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電させるか否かを判断する。また、推定部１３は、電気負荷４１の使用者が建物４０に存在する存在状態と使用者が建物４０に存在しない不在状態とを推定する。判断部１２は、対象期間に推定部１３が存在状態と推定している場合は、蓄電装置２０から給電を行わせるように判断し、対象期間に推定部１３が不在状態と推定している場合は、蓄電装置２０から給電を行わせないように判断する。

この構成によれば、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電が要求される対象期間であっても、建物４０に使用者が不在と推定される期間には、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電は行われない。つまり、不在状態であって消費電力値が小さい建物４０では、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電しても、電力系統５１の需要電力が低減される可能性が少ないから、このような建物４０では、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電は行わないようにしている。その結果、不在状態における蓄電装置２０の残容量の低下が抑制される。一方、存在状態である建物４０では、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電されるから、電力系統５１に対する需要電力が低減され、需要電力のピークカットにつながる。

給電制御装置１０は、建物４０での消費電力を計測する計測装置３０から消費電力値を取得する取得部１４を備えることが望ましい。この構成において、推定部１３は、取得部１４が取得した消費電力値を用いて存在状態と不在状態とを推定する。すなわち、存在状態と不在状態とでは、消費電力値が変化するから、消費電力値の変化を用いて存在状態と不在状態とを推定する。ＨＥＭＳのコントローラなどを備える場合に、消費電力値を計測する計測装置３０が併設されることがあるから、この種の計測装置３０を流用することにより、他のセンサを設けることなく、存在状態と不在状態との推定が可能になる。

計測装置３０は、前記建物に設置された分電盤５０で分岐された分岐回路５２ごとに消費電力値を計測するように構成される。この構成において、推定部１３は、分岐回路５２ごとに取得部１４が取得した消費電力値を用いて存在状態と不在状態とを推定する。

この構成によれば、分岐回路５２ごとの消費電力値を用いて存在状態と不在状態とを推定するから、消費電力値に存在状態と不在状態とがあまり反映されない冷蔵庫のような電気負荷４１が接続された分岐回路５２を除外することができる。つまり、消費電力値の変化から存在状態と不在状態とを推定しやすい分岐回路５２を選択することが可能になる。

さらに、給電制御装置１０は、存在状態または不在状態の条件のもとで、分岐回路５２ごとに消費電力値から求められる電気負荷４１の動作が起きる確率である条件付き確率を記憶する記憶部１５を備えることが望ましい。この構成において、推定部１３は、取得部１４が取得した分岐回路５２ごとの消費電力値から求められる電気負荷４１の動作に対応した条件付き確率を用いて、存在状態および不在状態が生じる確率を求める。さらに、推定部１３は、存在状態と不在状態との状態のうち確率が相対的に高い状態を、推定時点の状態と推定する。

この構成によれば、消費電力値を用いて、存在状態および不在状態が生じる確率を求めるから、決定論的に存在状態と不在状態とを定める場合よりも、推定結果の信頼性が高くなる。また、推定部１３の推定結果に対して、実際の存在状態および不在状態をフィードバックすれば、給電制御装置１０を学習させて、推定の精度をさらに高めることが可能になる。

また、本実施形態の給電制御システムは、建物４０に配置される個別管理装置１１０と、複数台の個別管理装置１１０と通信し、対象期間を指定する機能を有する集中管理装置２１０とを備える。個別管理装置１１０は、給電制御装置１０を備える。

この構成によれば、個別管理装置１１０において、存在状態と不在状態とを自律的に推定するから、集中管理装置２１０の処理負荷が増加することがない。また、集中管理装置２１０と個別管理装置１１０との間の通信では、対象期間の通知を行うだけであるから、通信路における負荷の増加が抑制される。

（実施形態２）
実施形態１では、給電制御装置１０が建物４０に配置される構成例を示したが、給電制御装置１０の構成を、個別管理装置１１０と集中管理装置２１０とに分けて設けることが可能である。本実施形態では、図７に示すように、取得部１４と時計部１６とが個別管理装置１１０に設けられ、給電制御装置１０の残りの構成が集中管理装置２１０に設けられた構成例について説明する。ただし、個別管理装置１１０と集中管理装置２１０とのどちらに、給電制御装置１０のどの構成を搭載するかは適宜に決めることが可能である。

本実施形態では、計測装置３０から取得部１４が取得した分岐回路５２ごとの消費電力値は、時計部１６が計時している日時に対応付けられる。建物４０において計測された分岐回路５２ごとの消費電力値および日時は、通信部１１１と通信部２１１とを通して集中管理装置２１０が取得する。

集中管理装置２１０は、給電制御装置１０を構成する記憶部１５を備え、取得部１４が取得した分岐回路５２ごとの消費電力値および時計部１６が計時した日時が記憶部１５に格納される。記憶部１５は、建物４０ごとの属性として、事前確率、第１の条件付き確率、第２の条件付き確率をあらかじめ記憶している。なお、遷移確率を用いる場合には、遷移確率も記憶部１５に格納される。

さらに、集中管理装置２１０は、給電制御装置１０を構成する推定部１３と判断部１２と指示部１１とを備える。推定部１３は、実施形態１の推定部１３と同様に、記憶部１５に格納された消費電力の推移を用いて、建物４０における在宅状態、外出状態、睡眠状態を推定する機能を有する。また、判断部１２は、推定部１３の推定結果を受けて蓄電装置２０から電気負荷４１への給電を行うか否かを判断し、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電すると判断した場合には、指示部１１を通して蓄電装置２０に指示を与える。

蓄電装置２０から電気負荷４１への給電を指示するタイミングは、集中管理装置２１０に設けられた指令部２１２によって定められる。すなわち、指令部２１２は、電力系統５１に対する需要電力を低減させることが必要になるような対象期間に、建物４０に設置された蓄電装置２０から電気負荷４１への給電を要求する。

判断部１２は、指令部２１２が蓄電装置２０からの給電を要求した対象期間でも、推定部１３の推定結果が不在状態であれば、該当する建物４０の蓄電装置２０から電気負荷４１への給電は不要と判断する。すなわち、電力系統５１に対する需要電力を抑制する必要があっても、住人が不在である建物４０では消費電力値が少ないから、需要電力を低減のための寄与率が低いと判断し、判断部１２は、不在状態である建物４０の蓄電装置２０には給電を要求しない。この構成により、不要な通信が発生することがなく、電気負荷４１への給電を指示する蓄電装置２０に絞り込んで指示を行うことが可能になる。

一方、判断部１２は、指令部２１２が蓄電装置２０からの給電を要求した対象期間であって、推定部１３の推定結果が存在状態であれば、該当する建物４０の蓄電装置２０から電気負荷４１への給電が必要と判断する。この場合、指示部１１は、判断部１２の判断結果に基づく指示を、通信部２１１および通信部１１１を通して蓄電装置２０に与える。すなわち、蓄電装置２０は指示に従って電気負荷４１への給電を行う。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

実施形態１の構成は、集中管理装置２１０からの要求を受けたときに、個別管理装置１１０が蓄電装置２０から電気負荷４１に給電するか否かを自律的に判断しているから、集中管理装置２１０の処理負荷は少ない。また、集中管理装置２１０と個別管理装置１１０との間では、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電を要求する通信が発生するだけであるから、通信の負荷も少ない。

一方、実施形態２の構成は、消費電力値に基づいて存在状態と不在状態とを推定する処理を集中管理装置２１０において行うから、個別管理装置１１０の処理負荷が増加せず、処理能力が比較的低い装置でも個別管理装置１１０を実現できる。すなわち、建物４０ごとに配置される個別管理装置１１０のコスト増を抑制することができ、結果として、システム全体のコスト増が抑制される。

以上のように本実施形態の給電制御システムは、建物４０に配置される個別管理装置１１０と、複数台の個別管理装置１１０と通信する集中管理装置２１０とを備える。個別管理装置１１０は、建物４０での消費電力を計測する計測装置３０から消費電力値を取得する取得部１４を備える。また、集中管理装置２１０は、判断部１２と推定部１３とを備える。

判断部１２は、建物４０で使用される蓄電装置２０から電気負荷４１に給電することが要求される対象期間に、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電させるか否かを判断する。推定部１３は、取得部１４が取得した消費電力値を用いて、電気負荷４１の使用者が建物４０に存在する存在状態と使用者が建物４０に存在しない不在状態とを推定する。判断部１２は、対象期間に推定部１３が存在状態と推定している場合は、蓄電装置２０から給電を行わせるように判断し、対象期間に推定部１３が不在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせないように判断する。

この構成によれば、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電が要求される対象期間であっても、建物４０に使用者が不在と推定される期間には、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電は行われない。つまり、不在状態であって消費電力値が小さい建物４０では、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電しても、電力系統５１の需要電力が低減される可能性が少ないから、このような建物４０では、蓄電装置２０から電気負荷４１への給電は行わないようにしている。その結果、不在状態における蓄電装置２０の残容量の低下が抑制される。一方、存在状態である建物４０では、蓄電装置２０から電気負荷４１に給電されるから、電力系統５１に対する需要電力が低減され、需要電力のピークカットにつながる。

また、集中管理装置２１０において、消費電力値を収集して存在状態と不在状態との推定を行うから、個別管理装置１１０の処理負荷が軽減される。しかも、対象期間であっても建物４０が不在状態であれば、該当する個別管理装置１１０に対して蓄電装置２０から電気負荷４１への給電を要求しないから、通信量の低減につながる。

なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。

１０ 給電制御装置
１１ 指示部
１２ 判断部
１３ 推定部
１４ 取得部
１５ 記憶部
２０ 蓄電装置
３０ 計測装置
４０ 建物
４１ 電気負荷
５０ 分電盤
５２ 分岐回路
１１０ 個別管理装置
２１０ 集中管理装置

Claims (4)

1. 建物で使用される蓄電装置から電気負荷に給電することが要求される対象期間に、前記蓄電装置から前記電気負荷に給電させるか否かを判断する判断部と、
   前記電気負荷の使用者が前記建物に存在する存在状態と前記使用者が前記建物に存在しない不在状態とを推定する推定部と、
   前記建物に設置された分電盤で分岐された分岐回路ごとに消費電力値を計測するように構成された計測装置から前記消費電力値を取得する取得部と、
   前記存在状態または前記不在状態の条件のもとで、前記分岐回路ごとに前記消費電力値から求められる前記電気負荷の動作が起きる確率である条件付き確率を記憶する記憶部とを備え、
   前記推定部は、
   前記取得部が取得した前記分岐回路ごとの前記消費電力値から求められる前記電気負荷の動作に対応した条件付き確率を用いて、前記存在状態および前記不在状態が生じる確率を求め、前記存在状態と前記不在状態との状態のうち確率が相対的に高い状態を、推定時点の状態と推定し、
   前記判断部は、
   前記対象期間に前記推定部が前記存在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせるように判断し、前記対象期間に前記推定部が前記不在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせないように判断する
   ことを特徴とする給電制御装置。
2. 建物に配置される個別管理装置と、
   複数台の個別管理装置と通信し、前記対象期間を指定する機能を有する集中管理装置とを備え、
   前記個別管理装置は、請求項１記載の給電制御装置を備える
   ことを特徴とする給電制御システム。
3. 建物に配置される個別管理装置と、
   複数台の個別管理装置と通信する集中管理装置とを備え、
   前記個別管理装置は、
   前記建物に設置された分電盤で分岐された分岐回路ごとに消費電力値を計測するように構成された計測装置から消費電力値を取得する取得部を備え、
   前記集中管理装置は、
   前記建物で使用される蓄電装置から電気負荷に給電することが要求される対象期間に、前記蓄電装置から前記電気負荷に給電させるか否かを判断する判断部と、
   前記取得部が取得した前記消費電力値を用いて、前記電気負荷の使用者が前記建物に存在する存在状態と前記使用者が前記建物に存在しない不在状態とを推定する推定部と、
   前記存在状態または前記不在状態の条件のもとで、前記分岐回路ごとに前記消費電力値から求められる前記電気負荷の動作が起きる確率である条件付き確率を記憶する記憶部とを備え、
   前記推定部は、
   前記取得部が取得した前記分岐回路ごとの前記消費電力値から求められる前記電気負荷の動作に対応した条件付き確率を用いて、前記存在状態および前記不在状態が生じる確率を求め、前記存在状態と前記不在状態との状態のうち確率が相対的に高い状態を、推定時点の状態と推定し、
   前記判断部は、
   前記対象期間に前記推定部が前記存在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせるように判断し、前記対象期間に前記推定部が前記不在状態と推定している場合は、前記蓄電装置から給電を行わせないように判断する
   ことを特徴とする給電制御システム。
4. コンピュータを、請求項１記載の給電制御装置として機能させるためのプログラム。

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