JP6538428B2 - Charging facility operation support device, charging facility operation support program, and charging system - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、充電設備運用支援装置、充電設備運用支援プログラム、および充電システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a charging facility operation support device, a charging facility operation support program, and a charging system.
電力事業者と需要家との間で取り決めた契約電力が変動する場合、需要家内における電力機器の運転計画と蓄電池の充放電計画とを策定し、策定した計画に基づいて各機器を稼働させる技術が知られている。この技術によれば、契約電力を逸脱しないように需要家内で消費する電力量が調整される。しかしながら、従来の技術では、最適解として求める制御の内容に関する自由度が低く、利用者の目的に適った解を求めることができない場合があった。 If the contract power negotiated between the electric power company and the customer fluctuates, the operation plan of the power equipment in the customer and the charge / discharge plan of the storage battery are formulated, and the technology to operate each equipment based on the formulated plan It has been known. According to this technology, the amount of power consumed in the customer is adjusted so as not to deviate from the contract power. However, in the prior art, the degree of freedom regarding the content of control to be obtained as the optimum solution is low, and it may not be possible to obtain a solution suitable for the purpose of the user.
本発明が解決しようとする課題は、利用者の目的に適った運用スケジュールを求めることができる充電設備運用支援装置、充電設備運用支援プログラム、および充電システムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a charging facility operation support device, a charging facility operation support program, and a charging system capable of obtaining an operation schedule suitable for the purpose of the user.
実施形態の充電設備運用支援装置は、生成部と、変化処理部と、評価部と、抽出部とをもつ。生成部は、充電設備に含まれる充電器の運用スケジュールに関する情報、充電設備が備える蓄電池に関する情報、および契約電力に関する情報を符号化したコードを複数生成する。変化処理部は、生成部により生成された複数のコードに対して確率的処理を行い、コードを確率的に変化させる。評価部は、変化処理部による処理を経たコードについて、充電設備のコストを評価対象の一つとした評価関数を導出する。抽出部は、評価部により導出された評価関数が好適な値となるコードを、変化処理部による処理を経たコードの中から抽出する。 The charging facility operation support device of the embodiment includes a generation unit, a change processing unit, an evaluation unit, and an extraction unit. The generation unit generates a plurality of codes in which information on an operation schedule of a charger included in the charging facility, information on a storage battery included in the charging facility, and information on contract power is encoded. The change processing unit performs probabilistic processing on the plurality of codes generated by the generation unit to change the codes stochastically. The evaluation unit derives an evaluation function with the cost of the charging facility as one of the evaluation targets for the code that has been processed by the change processing unit. The extraction unit extracts a code for which the evaluation function derived by the evaluation unit is a suitable value from among the codes subjected to processing by the change processing unit.
以下、実施形態の充電設備運用支援装置、充電設備運用支援プログラム、および充電システムを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a charging facility operation support device, a charging facility operation support program, and a charging system according to the embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における充電設備運用支援装置100を含む充電システム1の構成の一例を示す図である。本実施形態における充電システム1は、例えば、電気バス等の電気自動車(EV;Electric Vehicle)に搭載される二次電池を充電する。二次電池は、例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、ニッケル水素電池、フライホイールバッテリ、キャパシタ等を含む。以下、本実施形態において、電気自動車EVを、所定の運行ルートを定期的に走行する路線バスBとして説明する。なお、電気自動車EVは、路線バスBの代わりに、タクシーやカーシェアリングされる車両等であってもよく、二次電池が搭載される乗り物であればどのようなものでもよい。また、電気自動車EVは、ハイブリッドカーのような、ガソリン等を燃焼させる内燃機関と二次電池とを兼ね備える乗り物であってもよい。
First Embodiment
FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a
充電システム1は、電力系統2と、充電設備10と、充電設備制御装置30と、充電設備運用支援装置100とを備える。本実施形態における充電システム1は、充電設備10を制御する充電設備制御装置30に、ネットワークNWを介して充電設備運用支援装置100が接続されている。ネットワークNWは、LAN(Local Area Network)やWAN(Wide Area Network)、シリアル通信線等を含む。なお、充電設備運用支援装置100は、ネットワークNWを介して充電設備制御装置30に接続されるのではなく、充電設備制御装置30に内蔵または付設されてもよい。電力系統2には、例えば、直流または交流の商用電力が供給される。以下、本実施形態では、商用電力を交流として説明する。
充電設備10は、受電点12と、充電器側通信機14−1から14−nと、充電器16−1から16−nと、電池側通信機18と、AC−DCコンバータ19と、蓄電池20とを備える。充電設備10は、例えば、路線バスBの営業所ごとに設けられる。路線バスBは、例えば、二次電池を充電するため、定期的(例えば、一日のうちの昼と夜との2回)に充電設備10が設けられた営業所に赴く。なお、上述した受電点12には、充電器16−1から16−n、および蓄電池20が、電力線PLを介して並列に接続され、受電点12、充電器側通信機14−1から14−n、および電池側通信機18は、充電設備制御装置30に通信線CLを介して接続される。
The
受電点12は、電力系統2と接続され、電力系統2から商用電力を受電し、受電した商用電力を電力線に供給する。
The
充電器側通信機14−1から14−nは、充電設備制御装置30と通信線CLを介して通信を行い、通信により取得した情報を、それぞれ充電器16−1から16−nに対して出力する。なお、充電器側通信機14−1から14−nは、通信線CLを介さずに、電波等を用いた無線通信によって充電設備制御装置30と通信を行ってもよい。以下、充電器側通信機14−1から14−nを特段に区別しない場合は、単に「充電器側通信機14」と記載する。
The charger side communication devices 14-1 to 14-n communicate with the charging
充電器16−1から16−nは、充電器側通信機14を介して充電設備制御装置30から取得した制御情報に基づいて、電力線PLに供給される電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を、自身に接続される路線バスB−1からB−nの二次電池に充電する。例えば、充電器16−1から16−nは、制御情報が充電を開始する旨の指令であった場合、路線バスB−1からB−nの二次電池に充電を開始する。また、充電器16−1から16−nは、制御情報が充電を終了する旨の指令であった場合、充電を終了する。充電器16−1から16−nは、例えば、路線バスB内の二次電池に接続するための電力ケーブルやプラグを有する機器であってもよいし、無線により電力を給電する機器であってもよい。
The chargers 16-1 to 16-n convert the power supplied to the power line PL into DC power based on the control information acquired from the charging
本実施形態では、充電器16−1から16−nとして、定格出力の異なるものが混在しているものとする。例えば、充電器16−1から16−nは、定格出力として単位時間当たりに200kWから250kW程度の電力を出力することができる充電器(以下、「高速充電器」と称する)と、5kWから25kW程度の電力を出力することができる充電器(以下、「低速充電器」と称する)と、の2種類により構成される。また、充電器16−1から16−nには、充電器の種別を識別する識別情報(以下、「充電器種」と称する)が割り振られている。例えば、高速充電器には「1」の値が割り振られ、低速充電器には「2」の値が割り振られている。なお、充電器16−1から16−nは、高速充電器や低速充電器に限られず、他の充電器により構成されてもよい。以下、充電器16−1から16−n、および路線バスB−1からB−nを特段に区別しない場合は、それぞれ「充電器16」と「路線バスB」と記載する。
In the present embodiment, as the chargers 16-1 to 16-n, those different in rated output are mixed. For example, the chargers 16-1 to 16-n can output 5 kW to 250 kW of electric power per unit time as rated output (hereinafter referred to as "high-speed charger"), 5 kW to 25 kW It is comprised by two types of the charger which can output about electric power (henceforth a "low-speed charger"). Further, identification information (hereinafter, referred to as “charger type”) for identifying the type of the charger is allocated to the chargers 16-1 to 16-n. For example, a value of "1" is assigned to the high-speed charger, and a value of "2" is assigned to the low-speed charger. The chargers 16-1 to 16-n are not limited to the high speed charger and the low speed charger, and may be configured by other chargers. Hereinafter, the chargers 16-1 to 16-n and the route buses B-1 to B-n will be referred to as "
電池側通信機18は、充電設備制御装置30と通信線CLを介して通信を行い、通信により充電設備制御装置30から取得した情報を、AC−DCコンバータ19および蓄電池20の充放電回路(不図示)等に対して出力する。
The battery
AC−DCコンバータ19は、商用電力が交流電力である場合、交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を後段の蓄電池20に供給する。なお、商用電力が直流電力である場合、AC−DCコンバータ19は、省略されてもよい。
When commercial power is AC power, the AC-
蓄電池20の充放電回路は、電池側通信機18を介して充電設備制御装置30から取得した制御情報に基づいて、受電点12から供給された商用電力を用いて蓄電池20を充電したり、または蓄電池20により蓄電されている電力を充電器16側の電力線PLに放電したりする。蓄電池20は、例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、ニッケル水素電池、フライホイールバッテリ、キャパシタ等を含む。
The charge / discharge circuit of
なお、上述した充電器16−1から16−nが消費する電力量は、電力系統2から受電点12を介して充電設備10に受電される電力量と、蓄電池20から放電された電力量との合計となる。
The amount of power consumed by the above-described chargers 16-1 to 16-n is the amount of power received from
充電設備制御装置30は、充電設備運用支援装置100により生成される充電設備10を制御するための運用スケジュール(後述する充放電計画SKD)に基づいて、充電設備10を制御する。充電設備制御装置30は、例えば、運用スケジュールに従って、電力系統2から供給される商用電力を充電設備10に受電させ、充電設備10に受電させた商用電力を路線バスBに搭載される図示しない二次電池に充電させる。
The charging
具体的には、充電設備制御装置30は、後述する充放電計画SKDに従って、受電点12の受電電力量と受電電力の目標値と比較し、蓄電池20の充放電を指令する制御信号を生成する。充電設備制御装置30は、生成した制御情報を、通信線CLを介して電池側通信機18に出力する。蓄電池20の充放電回路は、充電設備制御装置30から電池側通信機18に入力された制御情報に基づいて、充電または放電を行う。
Specifically, charging
ここで、蓄電池20の放電電力が増加すると、電力系統2からの受電電力は減少する。一方、蓄電池20の充電電力が増加すると、電力系統2からの受電電力は増加する。従って、充放電計画SKDは、例えば、電力系統2における受電電力量が予め定められた契約電力量を超える場合(あるいは超えそうな場合)に、放電を指令する制御情報を蓄電池20の充放電回路(電池側通信機18)に出力するように策定される。契約電力量とは、電力系統2に対して所定の電力を供給する電力事業者と、充電設備10を管理する管理事業者との間で、予め取決めされた電力量である。このため、充電設備制御装置30は、契約電力量を超えないように充電設備10の受電電力量を調整する。
Here, when the discharged power of
また、充電設備制御装置30は、充放電計画SKDに従って、充電器16−1から16−nの充電開始(オン)と充電停止(オフ)とを、充電器ごとに制御する。充電設備制御装置30は、例えば、路線バスB内の二次電池に充電した電力量が、充放電計画SKDにより策定されている目標残存電力量に達する場合、充電停止(オフ)を指令する制御情報を生成する。充電設備制御装置30は、生成した制御情報を、通信線CLを介して充電器側通信機14に出力する。充電器16は、充電設備制御装置30から充電器側通信機14に入力された制御情報に基づいて、充電開始(オン)または充電停止(オフ)を行う。
In addition, the charging
充電設備運用支援装置100は、図示しない上位装置から路線バスBの運行ダイヤを取得し、取得した運行ダイヤに基づいて、充電システム1の充放電計画SKDを策定する。
The charging facility
以下、充電設備運用支援装置100の具体的な構成について図を参照して説明する。図2は、第1の実施形態における充電設備運用支援装置100の構成の一例を示す図である。本実施形態における充電設備運用支援装置100は、通信部102と、制御部110と、記憶部150とを備える。制御部110は、生成部112と、充放電計画生成部114と、評価部116と、ペナルティ付与部118と、確率算出部120と、抽出部122と、変化処理部124と、出力部126とを備える。通信部は、「取得部」の一例である。
Hereinafter, the specific configuration of charging facility
本実施形態における評価部116、抽出部122、および変化処理部124は、確率的処理を行う。確率的処理とは、例えば、事象を生じさせるか否かの確率を予め定めておき、乱数や時刻情報等の予想困難な情報を確率の判定因子として、確率に応じて事象を生じさせたり、させなかったりする処理をいう。また、確率的処理とは、繰り返し処理を行う中で、結果が固定的でない処理と定義することもできる。
The
上述した制御部110の機能部のうち一部または全部は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサが記憶部150に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、制御部110の機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェア機能部であってもよい。
Some or all of the functional units of the
記憶部150は、例えば、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等の不揮発性の記憶媒体と、RAM(Random Access Memory)、レジスタ等の揮発性の記憶媒体とを有する。記憶部150に記憶される情報は、プロセッサが実行するプログラムの他、後述する運行ダイヤ、解xi、充放電計画SKD、制約条件IF1、数式、パレート最適解等の情報を含む。
The
図3は、第1の実施形態における充電設備運用支援装置100の処理の流れの一例を示すフローチャートである。本実施形態における充電設備運用支援装置100は、例えば、所定の周期で本フローチャートの処理を行う。以下、図3に沿って制御部110の各機能部を説明する。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the process flow of the charging facility
通信部102は、上位装置(不図示)と通信を行い、路線バスBの運行ダイヤを取得し(ステップS100)、取得した運行ダイヤを記憶部150に記憶させる。本実施形態における運行ダイヤには、充電設備10が設けられた営業所に路線バスBが到着する予定の時刻(以下、「到着予定時刻」と称する)と、充電設備10が設けられた営業所から路線バスBが出発する予定の時刻(以下、「出発予定時刻」と称する)とが含まれる。
The
生成部112は、後述する混合整数計画問題を解くための所定の構造を有する解xi(「コード」に相当)を生成する。解xの引数iは、解の識別子であり、例えば一連番号である。本実施形態では、混合整数計画問題を解くための一例として、遺伝的アルゴリズム(GA;Genetic Algorithm)を適用する。従って、生成部112は、遺伝的アルゴリズムを適用して最適解(または近似解)を探索する処理を行うために、予め複数の解xiを生成する。なお、本実施形態では、遺伝的アルゴリズムに代えて、タブーサーチ法や焼きなまし法等の局所探索法(反復法)を適用して混合整数計画問題を解いてもよい。
The
図4は、第1の実施形態における生成部112により生成される解xiの一例を示す図である。図4に示す解xiは、例えば、路線バスBごとに使用する充電器16の充電器種と、充電開始時刻とを組み合わせたパラメータP1と、蓄電池20の容量を示すパラメータP2と、契約電力量を示すパラメータP3とを含む解構造を有する。なお、図4では、パラメータP2と、パラメータP3が2進数により表されたビット列で示されているが、後述する遺伝的アルゴリズムの処理のため、パラメータP1に関しても何らかの手法でビット列化されているものとする。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the solution x i generated by the
生成部112は、パラメータP1からP3の値を無作為(ランダム)に設定した解xiを所定数N個(例えば100個)生成する(ステップS102)。以下、生成部112によるパラメータP1からP3の値を無作為(ランダム)に設定する処理を、「解xiの初期化」と称して説明する。生成部112は、解xiの初期化を行う際に、以下の制約条件IF1に従う。
The
(初期化の制約条件IF1)
・到着予定時刻≦充電開始時刻≦(出発予定時刻-充電所要時間)
・充電所要時間=充電電力量/充電器16の定格出力
・下限容量≦蓄電池20の容量≦上限容量
・下限電力量≦契約電力量≦上限電力量
(Restriction condition IF1 of initialization)
・ Arrival scheduled time ≦ charging start time ≦ (scheduled departure time-charging required time)
· Required time for charging = charge energy / rated output of
生成部112は、上述した制約条件を満たすように、各路線バスBに対して充電器種をランダムに割り当てる。生成部112は、割り当てた充電器種の定格出力値で除算することにより充電に要する時間を示す充電所要時間を算出する。生成部112は、記憶部150に記憶された運行ダイヤに含まれる到着予定時刻および出発予定時刻を参照して、到着予定時刻から、出発予定時刻から充電所要時間分を減算した時刻までの期間に、ランダムに充電開始時刻を設定する。このように、生成部112は、上述した制約条件に従った処理を行って、パラメータP1をランダムに設定する。
The
また、生成部112は、下限に設定された容量(例えば100[kWh])から上限に設定された容量(例えば750[kWh])までの範囲内に収まるように、蓄電池20の容量をランダムに設定する。このように、生成部112は、上述した制約条件IF1に従った処理を行って、パラメータP2をランダムに設定する。
In addition,
また、生成部112は、下限に設定された電力量から上限に設定された電力量までの範囲内に収まるように、契約電力量をランダムに設定する。すなわち、生成部112は、上述した制約条件に従った処理を行って、パラメータP3をランダムに設定する。なお、オーバーフローを抑制するため、上述した2進数表記のパラメータP2の桁数を、制約条件に示される蓄電池20の容量の上限値を2進数表記した際の桁数よりも大きくすると共に、2進数表記のパラメータP3の桁数を、契約電力量の上限値を2進数表記した際の桁数よりも大きくすると好適である。
Further, the
充放電計画生成部114は、生成部112により生成された解xiに基づいて、充電設備制御装置30が充電器16および蓄電池20を制御する際に参照する計画(以下、「充放電計画SKD」と称する)を生成する(ステップS104)。
Charge / discharge
具体的には、充放電計画生成部114は、生成部112により設定されたパラメータP1に含まれる充電開始時刻および充電器種に基づいて、蓄電池20の充放電電力量を時間帯ごとに算出する。充放電計画生成部114は、算出した蓄電池20の充放電電力量と、生成部112により設定されたパラメータP2(蓄電池20の容量)と、パラメータP3(契約電力量)とを参照して充放電計画SKDを生成する。なお、充放電計画生成部114は、生成部112により生成された解xi全てに対して充放電計画SKDを生成する。すなわち、充放電計画生成部114は、所定数Nの回数分、充放電計画SKDの生成処理を繰り返す。
Specifically, charge / discharge
例えば、充放電計画生成部114は、ピークカットによって契約電力量を低減させることを目的とした計画や、ピークシフトによって電力料金が高価格な時間帯の受電電力量を削減することを目的とした計画を、充放電計画SKDとして生成する。充放電計画生成部114は、以下の数式(1)から(2)により表される条件を満足する充放電計画SKDを生成する。
For example, the charge / discharge
数式中に示すPB(t)は、上述した蓄電池20の充放電の出力を表している。プラス値のPB(t)は、放電を表し、マイナス値のPB(t)は、充電を表している。また、iは、各路線バスBを識別する車両IDを表し、nは、時刻tにおいて同時に充電可能な路線バスBの台数を表している。また、PEVi(t)は、車両IDの路線バスBの二次電池に供給される電力量を表し、PCは、契約電力量を表している。また、Tlowは、電力料金が低価格な時間帯を表し、Thighは、電力料金が高価格な時間帯を表している。また、C(t)は、蓄電池20の容量を示すSOC(State Of Charge)を表している。また、Δtは、サンプリング周期(時刻tと、時刻tより先(未来)の時刻t´との期間)を表し、tmaxは、例えば、1日における路線バスBの最終運行時刻を表している。また、Poverは、現時刻tより後の時刻t´における契約電力PCの超過電力量を表している。
P B (t) shown in the equation represents the output of charge and discharge of the
充放電計画生成部114は、数式(1)内の条件式(a)によって表されるように、時刻tにおいて同時に充電が行われる全路線バスBの電力量PEVi(t)の総和が、契約電力PCを超過する場合、超過する電力量分を蓄電池20から放電させるような充放電計画SKDを生成する。
As represented by the conditional expression (a) in the equation (1), the charge / discharge
充放電計画生成部114は、電力量PEVi(t)の総和が、契約電力PCを超過しない場合、すなわち、数式(1)内の条件式(a)に該当しない場合、数式(1)内の条件式(b)によって表されるように、時刻tがTlowの時間帯(低価格な時間帯)であるか否かを判定し、時刻tがTlowの時間帯である場合に、契約電力PCと路線バスBの電力量PEVi(t)の総和との差分を蓄電池20に充電させるような充放電計画SKDを生成する。
If the sum of the electric energy P EVi (t) does not exceed the contracted electric power P C , that is, if it does not fall under the conditional expression (a) in the expression (1), the charge / discharge
充放電計画生成部114は、電力量PEVi(t)の総和が、契約電力PCを超過せず、時刻tがTlowの時間帯でない場合、すなわち、数式(1)内の条件式(a)、(b)に該当しない場合、数式(1)内の条件式(c)によって表されるように、時刻tがThighの時間帯(高価格な時間帯)であるか否かを判定し、時刻tがThighの時間帯である場合に、蓄電池20を放電させるような充放電計画SKDを生成する。なお、この際、条件式(c)および数式(2)に表されるように、充放電計画生成部114は、現在の時刻tから1サンプリング周期経過した時刻t´から時刻tmaxまでの期間において、電力量PEVi(t´)の総和が契約電力PCを超過する場合に備えて、蓄電池20のSCOを示すC(t)に制限を設けて、蓄電池20に放電させる電力量を決定する。なお、電力量PEVi(t´)の総和が契約電力PCを超過しないことが想定される場合、充放電計画生成部114は、制限なく蓄電池20に放電させる充放電計画SKDを生成してもよい。
In the case where the total amount of electric energy P EVi (t) does not exceed the contracted electric power P C and the time t is not in the time zone of T low , the charge / discharge
充放電計画生成部114は、数式(1)内の条件式(a)、(b)、(c)に該当しない場合、蓄電池20を充放電させずに、C(t)を保持させるような充放電計画SKDを生成する。
If the charge / discharge
図5は、充放電計画SKDの生成方法の一例を説明するための図である。図5に示すLN1は、時間によって変化する路線バスBの電力量PEVi(t)の総和を表す。LN2は、上述した数式(1)から(2)により表される条件に従って、契約電力PC以下に電力量を調整した場合の充電設備10の受電電力量を表す。図5の例の場合、電力料金が低価格な時間帯であるTlowにおけるP1で示される領域では、LN1は契約電力PCを超過する。このような場合、充放電計画生成部114は、上述した数式(1)の条件式(a)に従って、図中に示すP1の領域の面積に相当する電力量を、予め蓄電池20に充電しておいた電力量を、電力料金が高価格な時間帯で蓄電池20に放電させる充放電計画SKDを生成する。
FIG. 5 is a diagram for describing an example of a method of generating charge / discharge plan SKD. LN1 shown in FIG. 5 represents the sum of the electric energy P EVi (t) of the route bus B which changes with time. LN2 represents the amount of received power of the charging
また、図5の例の場合、電力料金が低価格な時間帯であるTlowにおけるP2で示される領域では、LN1は契約電力PCを超過しない。このような場合、充放電計画生成部114は、上述した数式(1)の条件式(b)に従って、図中に示すP2の領域の面積に相当する電力量を蓄電池20に充電させる充放電計画SKDを生成する。
Further, in the example of FIG. 5, in the region where the power rate indicated by P2 in T low is low cost time zone, LN1 does not exceed contracted power P C. In such a case, the charge / discharge
また、図5の例の場合、電力料金が高価格な時間帯であるThighにおけるP3で示される領域では、LN1は契約電力PCを超過しないものの、受電電力を下限まで削減できていない。このような場合、充放電計画生成部114は、上述した数式(1)の条件式(c)に従って、図中に示すP3の領域の面積に相当する電力量を蓄電池20に放電させる充放電計画SKDを生成する。なお、充放電計画生成部114は、契約電力PCを超過した場合に蓄電池20に放電させる電力量と、時間帯Thighにおいて蓄電池20に放電させる電力量との合計と、時間帯Tlowにおいて蓄電池20に充電させる電力量とを一致させるのが好ましいが、必ずしも一致させなくてもよい。
Further, in the case of the example of FIG. 5, in the region indicated by P3 in the high price time zone T high of the power rate, although the
上述した数式(1)において、一般的には、蓄電池20の充放電に関して容量値(例えば単位は[Wh])と定格出力値(例えば単位は[W])とを同時に考慮する必要がある。充放電時の定格出力値を考慮する場合は、上述した数式(1)の蓄電池20の充放電の出力PB(t)に対して、定格出力値による上下限の制約を設ければよい。また、容量値から充放電レート(例えば単位は[W/Wh])等により定格出力値が決定される場合、上述した数式(1)の蓄電池20の充放電の出力PB(t)に対して、容量値に応じた定格出力値を算出し、算出した定格出力値による上下限の制約を設ければよい。
In Equation (1) described above, generally, it is necessary to simultaneously consider the capacity value (for example, the unit is [Wh]) and the rated output value (for example, the unit is [W]) regarding charging and discharging of the
評価部116は、生成部112により設定されたパラメータP1(充電開始時刻および充電器種)、パラメータP2(蓄電池20の容量)、およびパラメータP3(契約電力量)からなる解xiと、充放電計画生成部114により生成された充放電計画SKDとに基づいて、解xiを評価するための評価関数を導出する(ステップS106)。本実施形態における評価関数は、電力料金ECOSTと、充電器16のコストおよび蓄電池20のコストの合計である充電設備10のコストICOSTとを変数とした関数である。
例えば、充電設備10のコストが高い場合と低い場合の2ケースを考える。充電設備10に多額の資金を費やせる場合、蓄電池20の容量を増やすことができる。また、充電設備10に多額の資金を費やせる場合、充電器16として高性能なものを使用することができる。この結果、高価格帯と低価格時間帯とに応じて受電電力のピークシフトを柔軟に行うことができると共に、受電電力のピークカットに対応することができる。すなわち、充電設備10の投資費用を増やすほど電力料金を下げると共に、柔軟な運用変更を行うことが可能となる。
For example, consider two cases where the cost of the charging
一方、充電設備10に多額の資金を費やせない場合、上述した受電電力のピークシフトや受電電力のピークカット等を行うことが難しくなるため、電力料金は高くなり、柔軟な運用変更が難しくなる傾向にある。すなわち、これら電力料金ECOSTと充電設備10のコストICOSTとは、トレードオフの関係にある。従って、評価部116は、遺伝的アルゴリズムを適用して、トレードオフの関係にある電力料金ECOSTと充電設備10のコストICOSTとの双方を、より好適にする評価関数値を導出する。
On the other hand, when it is not possible to spend a large amount of money on the charging
以下、評価関数の変数値である電力料金ECOST、および充電設備10のコストICOSTの算出方法について説明する。評価部116は、下記の数式(3)および(4)を用いて電力料金ECOST(例えば単位は「円」)を算出する。なお、電力料金ECOSTは、充電設備10を運用する際に生じるコスト(ラニングコストに相当する)を表している。
Hereinafter, a method of calculating the power rate ECOST, which is a variable value of the evaluation function, and the cost ICOST of the charging
数式(3)、(4)中に示す各変数または定数は、以下のように定義される。BASEは、当月の最大使用電力量に基づいて設定される契約電力の料金(例えば単位は「円」)を表し、RATEは、受電した電力量に基づいて設定される従量課金の単価(例えば単位は[円/kWh])を表す。また、Pwh(h)は、受電した電力量(例えば単位は[kWh])を表し、PCは、契約電力(例えば単位は[kW])を表し、hは、時間を表し、Dは、営業所の年間の営業日数を表す。また、CRATEは、契約電力の単価(例えば単位は[円/kW])を表し、PRATEは、受電電力Pwh(h)が契約電力を超過した場合にCRATEに対して乗算されるペナルティ係数を表す。Pmaxは、対象期間(例えば1年間)の最大電力(例えば単位は[kW])を表す。 Each variable or constant shown in Formulas (3) and (4) is defined as follows. BASE represents a charge (for example, a unit is "yen") of contract power set based on the maximum used power of the month, and RATE is a unit charge of a pay-as-you-go charge set based on the received power (for example, a unit Represents [yen / kWh]). Also, P wh (h) represents the amount of received power (for example, the unit is [kWh]), P C represents the contract power (for example, the unit is [kW]), h represents the time, and D is Represents the number of business days of a sales office yearly. Further, CRATE represents a unit price of contract power (for example, a unit is [yen / kW]), and PRATE is a penalty coefficient to be multiplied to CRATE when received power P wh (h) exceeds the contract power. Represent. P max represents the maximum power (for example, a unit is [kW]) in a target period (for example, one year).
評価部116は、数式(4)を用いて算出した契約電力の料金BASEと、受電電力量Pwh(h)に対して従量課金の単価RATEを乗算した値を24時間分積算した積算値とを加算し、加算した値を電力料金ECOSTとして算出する。
一方、評価部116は、下記の数式(5)および(6)を用いて充電設備10のコストICOST(例えば単位は「円」)を算出する。
On the other hand,
数式(5)、(6)中に示す各変数または定数は、以下のように定義される。CHCOSTは、充電器16のコスト(例えば単位は「円」)を表し、BTCOSTは、蓄電池20のコスト(例えば単位は「円」)を表す。なお、充電器16のコストCHCOST、および蓄電池20のコストBTCOSTは、初期投資によるコスト(イニシャルコストに相当する)を表している。また、chnumは、充電器16の充電器種の数(本実施形態では2つ)を表し、iは、充電器種に応じて充電器16に割り当てられる番号(本実施形態では“1”または“2”)を表している。また、Miは、充電器16が同時に使用される場合における充電器種iの最大重複使用数を表している。また、chcostiは、充電器種iの単価(例えば単位は[円])を表している。
Each variable or constant shown in Formulas (5) and (6) is defined as follows. CHCOST represents the cost of the charger 16 (for example, a unit is "yen"), and BTCOST represents the cost of the storage battery 20 (for example, a unit is "yen"). The cost CHCOST of the
評価部116は、充電器種iの最大重複使用数Miと充電器種iの単価chcostiとを乗算した値を、充電器16の充電器種の数chnum分積算し、積算した値を充電器16のコストCHCOSTとして算出する。
図6は、1日の充電器16の使用例を示す図である。図6の例の場合、2種類の充電器(chnum=2)を用いて1日に8台の路線バスBを充電しており、i=1を示す充電器が同時に最大で3台使用され、またi=2を示す充電器が同時に最大で3台使用されている。すなわち、M1=3、且つM2=3となる。このような場合、例えば、chcost1を200万円、chcost2を100万円と仮定すると、評価部116は、3×200万円+3×100万円=900万円を、充電器16のコストCHCOSTとして算出する。評価部116は、算出した充電器16のコストCHCOSTと、蓄電池20のコストBTCOSTとを加算した値を、充電設備10のコストICOSTとして算出する。
FIG. 6 is a view showing an example of use of the
以下、トレードオフの関係にある電力料金ECOSTと充電設備10のコストICOSTとの双方を、より好適にする評価関数値を導出する方法について説明する。評価部116は、生成部112により生成された解xiごとにパレート最適解を導出する。パレート最適解とは、その解が他の任意の解と総合的に比較して決して劣らない解であり、すなわち、必ずしも他のどの解よりも優位にあるとは言い切れないが、より優れた解が他には存在しないような解(解の集合)である。
Hereinafter, a method of deriving an evaluation function value that makes both of the power cost ECOST and the cost ICOST of the charging
評価部116は、1度の導出処理で複数のパレート解集合を求めることができる多点探索型の遺伝的アルゴリズムを用いて、電力料金ECOSTと充電設備10のコストICOSTとの双方を、より好適にする評価関数値を導出する。
The
評価部116は、多点探索型の遺伝的アルゴリズムを適用するために、生成部112により生成された解xiそれぞれに対して、パレートランキング手法を用いてランク付けを行う(ステップS108)。パレートランキングでは、解xiがni個の個体に優越されている時のランクr(xi)を数式(7)のように定める。ここで、「優越されている」とは、特定の解xiの評価関数が、他の解xiの評価関数の全てに対して優っていることを示す。
The
図7は、パレートランキング手法を用いて解xiにランク付けを行う方法の一例を説明するための図である。図7の例では、充電設備10のコストICOSTと、電力料金ECOSTとの双方の値に応じて、x1からx6の計6個の解を、直交座標で表される2次元グラフ上にマッピングしている。例えば、各解は、x1=(ICOST2、ECOST2)、x2=(ICOST4、ECOST3)、x3=(ICOST5、ECOST1)、x4=(ICOST1、ECOST5)、x5=(ICOST3、ECOST6)、x6=(ICOST6、ECOST4)で表される。
FIG. 7 is a diagram for describing an example of a method of ranking solutions x i using the Pareto ranking method. In the example of FIG. 7, a total of six solutions of x1 to x6 are mapped on a two-dimensional graph represented by orthogonal coordinates in accordance with both the cost ICOST of the charging
このような場合、評価部116は、解x1のICOST2とECOST2との双方の値よりも小さい値のパラメータを有する解がx2からx6に存在しないため、解x1に対して他の解よりも優れていることを示すランク1を付与する。また、評価部116は、解x2に着目した場合、解x2のICOST4とECOST3との双方の値よりも小さい値のパラメータを有する解が1つ存在しているため、解x2に対して1個の個体(解x1)に優越されていることを示すランク2を付与する。評価部116は、上述した処理を残りの解に対しても同様に行い、解x3に対してランク1を付与し、解x4に対してランク1を付与し、解x5に対してランク3を付与し、解x6に対してランク4を付与する。
In such a case, the
評価部116は、各解xiに対して付与したランク値を、評価関数値として導出する。上述した図7の例の場合、評価部116は、解x1の評価関数値を“1”とし、解x2の評価関数値を“2”とし、解x3の評価関数値を“1”とし、解x4の評価関数値を“1”とし、解x5の評価関数値を“3”とし、解x6の評価関数値を“4”とする。
ペナルティ付与部118は、充放電計画生成部114により解xiごとに生成された充放電計画SKDに対して、路線バスBの電力量PEVi(t)の総和である受電電力量が契約電力PCを超過するような計画であるか否かを判定する(ステップS110)。そして、ペナルティ付与部118は、超過するような計画である場合、充放電計画SKDの生成元の解xiに対して、ペナルティを付与する(ステップS114)。
With respect to the charge / discharge plan SKD generated for each solution x i by the charge / discharge
本実施形態では、受電電力量を契約電力PC以下に抑える必要があるが、充放電計画生成部114により生成される充放電計画SKDには、パラメータがランダムに設定されることにより、受電電力量が契約電力PCを超過してしまう場合がある。このような場合に、ペナルティ付与部118は、受電電力量が契約電力PCを超過してしまう充放電計画SKDの生成元の解xiに対して、ペナルティを付与する。
In the present embodiment, it is necessary to reduce the amount of received power to the contracted power P C or less, but the parameters are randomly set in the charge / discharge plan SKD generated by the charge / discharge
図8は、受電電力量が契約電力PCを超過する様子を示す図である。図8に示すLN3は、充電設備10の受電電力量を表している。例えば、時刻tからk1秒間、受電電力量が契約電力PCを超過している。このような場合、ペナルティ付与部118は、契約電力PCの超過時間k1に応じたペナルティ値を、当該充放電計画SKDの生成元の解xiの評価関数値(ランク値)に加算する。数式(8)は、解xiの評価関数値(ランク値)に対して、超過時間k1に応じたペナルティ値を加算するための数式である。
Figure 8 is a diagram showing how the amount of the received power exceeds the contract power P C. LN 3 illustrated in FIG. 8 represents the amount of received power of the charging
数式(8)に示すp1は、ユーザ任意の係数である。すなわち、ペナルティ付与部118は、受電電力量が契約電力PCを超過している場合、超過時間k1と係数p1とを乗算した値を、解xiの評価関数値(ランク値)に対して加算する。
P 1 shown in Equation (8) is a user-optional coefficient. That is, when the received power amount exceeds the contract power P C , the
また、ペナルティ付与部118は、充放電計画生成部114により解xiごとに生成された充放電計画SKDに対して、出発予想時刻までに路線バスBの二次電池の充電が終了するか否かを判定する(ステップS112)。そして、ペナルティ付与部118は、充電が終了しない計画である場合、充放電計画SKDの生成元の解xiに対して、ペナルティを付与する(ステップS114)。
In addition, for the charge / discharge plan SKD generated for each solution x i by the charge / discharge
本実施形態では、路線バスBの到着予定時間と出発予定時刻との間に、路線バスBの二次電池に充電を開始し、出発予定時刻までに充電を終了する必要がある。しかしながら、充放電計画生成部114により生成される充放電計画SKDには、パラメータがランダムに設定されることにより、路線バスBの出発予定時刻までに充電が終了しないような計画が生成される場合がある。このような場合に、ペナルティ付与部118は、路線バスBの出発予定時刻までに充電が終了しないような充放電計画SKDの生成元の解xiに対して、ペナルティを付与する。
In the present embodiment, it is necessary to start charging the secondary battery of the route bus B between the estimated arrival time of the route bus B and the scheduled departure time, and to finish the charging before the scheduled departure time. However, if a parameter is randomly set in charge / discharge plan SKD generated by charge / discharge
図9は、出発予定時刻までに路線バスBの二次電池の充電が終了しない場面を模式的に示す図である。図9の例の場合、充電器種“2”の充電器16を用いて充電を行う計画では、路線バスBの路線バスBの出発予定時刻を過ぎて充電を行ってしまう。このような場合、ペナルティ付与部118は、出発予定時刻を過ぎて充電を行う充電器16の台数k2に応じたペナルティ値を、当該充放電計画SKDの生成元の解xiの評価関数値(ランク値)に加算する。数式(9)は、解xiの評価関数値(ランク値)に対して、充電器16の台数k2に応じたペナルティ値を加算するための数式である。
FIG. 9 is a view schematically showing a situation where charging of the secondary battery of the route bus B is not completed by the scheduled departure time. In the case of the example of FIG. 9, in a plan in which charging is performed using the
数式(8)に示すp2は、ユーザ任意の係数である。すなわち、ペナルティ付与部118は、出発予定時刻までに路線バスBの二次電池の充電が終了しない場合、充電器16の台数k2と係数p2とを乗算した値を、解xiの評価関数値(ランク値)に対して加算する。
P 2 shown in Expression (8) is a user-optional coefficient. That is, when the charging of the secondary battery of the route bus B is not completed by the scheduled departure time, the
確率算出部120および抽出部122は、評価部116により各解xiの評価関数が算出された後、解xiの評価関数に応じて適応度Fiを算出し、現世代の解から次世代へ残す解を決定する。すなわち、確率算出部120および抽出部122は、現世代の解に対して淘汰処理を行い、次世代へ残す解を決定する。
The
以下、淘汰処理を行う各機能部の説明を行う。確率算出部120は、解xiの評価関数値(ランク値)に基づいて、値が高いほど優れた解xiであることを示す適応度Fiを算出し、算出した適応度Fiに基づいて、次世代へ残す解を抽出するための選択確率Piを算出する。
Hereinafter, each functional unit that performs the eyebrow process will be described.
本実施形態では、評価部116によるランク付け処理、後述する確率算出部120による選択確率Piの算出処理、および抽出部122によるパレート最適解の抽出処理の一連の処理が実施される解xiを世代Giと表現し、2回目以降において上述した処理が繰り返される場合、充電設備運用支援装置100は、一連の処理を繰り返す回数と同じ数だけ世代Gi数をカウントする。例えば、一連の処理をこれから実施する場合、対象の解xiは、初期世代G1と表され、一連の処理が1回行われている場合、対象の解xiは、世代G2と表される。
In the present embodiment, a solution x i is performed in which a series of processes of the ranking process by the
選択確率Piを算出するため、確率算出部120は、生成部112により生成される解xiの全てに対して、下記の数式(10)に基づいて適応度Fiを算出する(ステップS116)。適応度Fiは、数式(10)に示すように、例えば、ランク値の逆数によって表される。また、適応度Fiは、所定値からランク値またはランク値の二乗等を減算したものであってもよい。
In order to calculate the selection probability P i , the
確率算出部120は、適応度Fiを用いて、数式(11)を解き、選択確率Piを算出する(ステップS118)。
数式(11)に示すjは、残存している解xiの全個数を表す。すなわち、確率算出部120は、数式(11)に従って、生成部112により生成される解xiの全適応度の総和(F1+F2+…+Fi+…+Fj)に対する各解xiの適応度Fiの割合を、選択確率Piとして算出する。
J shown in equation (11) represents the total number of remaining solutions x i . That is, the
抽出部122は、確率算出部120により算出された解xiの選択確率Piに基づいて、現世代Giの解から次世代Gi+1へ残す解を抽出する(ステップS120)。また、抽出部122は、次世代Gi+1へ残す解以外の解を破棄する。
The
具体的には、抽出部122は、生成部112により生成された解xiの全個数j分の乱数R(例えば0から1までの乱数)を生成し、生成した乱数Rが数式(12)に示す条件を満たすか否かを判定する。
Specifically, the
抽出部122は、乱数Rが数式(12)に示す条件を満たす場合に、数式(12)に示すQiの算出元である解xiを、現世代Giに現存する解xiの全個数jの中から抽出する。
When the random number R satisfies the condition shown in the equation (12), the
図10は、現世代Giの解から次世代Gi+1へ残す解を抽出するためのルーレットの概念の一例を示す図である。図10の例の場合、Q1≦R<Q2であるので、抽出部122は、解x2を次世代Gi+1の解として抽出する。図10に示すように、ルーレット上の面積は、選択確率Piの大きさに比例している。すなわち、評価関数値(ランク値)の優れた個体(解xi)ほど、ルーレット上での面積が大きくなる。そして、抽出部122は、例えば、乱数Rに基づいて、ルーレットにおける当選角度θを決定し、当選角度θに該当する解を残す。従って、抽出部122は、評価関数値(ランク値)の優れた解xiほどを、次世代Gi+1の解として抽出しやすくなる。なお、抽出部122は、評価関数値(ランク値)が最も優れた解xiのみを抽出するのではなく、乱数Rによって無作為に解xiを抽出するため、解xiの多様性を向上させることができる。
FIG. 10 is a diagram showing an example of a roulette concept for extracting a solution to be left to the next generation G i + 1 from the solution of the current generation G i . In the case of the example of FIG. 10, since Q 1 ≦ R <Q 2 , the
また、抽出部122は、解xiの多様性をより向上させるために、次世代Gi+1へ残す解xiを乱数Rによって無作為に抽出した後、全世代Giの全ての解xiからパレート最適解を抽出する。以下、パレート最適解の抽出方法について説明する。なお、パレート最適解は、複数の解xiの集合であってもよいし、単一の解xiであってもよい。
The
抽出部122は、解xiの世代Giが初期世代G1であるか否かを判定する(ステップS122)。そして、抽出部122は、解xiの世代Giが初期世代G1である場合、初期世代G1の解xiから、ランクr(xi)が指定のランクrref(xi)以下の解xiを抽出する。一方、抽出部122は、解xiの世代Giが初期世代G1でない場合、初期世代G1以降の世代である世代G2以降において、現世代Giの解xiに対して、初期世代G1から前世代Gi−1までのパレート最適解を加算し(ステップS124)、加算した解集合から、ランクr(xi)が指定のランクrref(xi)以下の解xiを抽出する(ステップS126)。抽出部122は、パレート最適解を抽出する度に、世代数をカウントし(ステップS128)、カウントした世代数をパレート最適解にラベリングして記憶部150に記憶させる(ステップS130)。
The
以下、図11から図15を参照して、パレート最適解の抽出方法について説明する。図11は、現世代Giの解xiの一例を示す図である。また、図12は、初期世代G1から前世代Gi−1までに抽出されたパレート最適解の一例を示す図である。図12に示すパレート最適解は、指定のランクrref(xi)=1のときに抽出された解群である。また、図13は、現世代Giの解xiと、初期世代G1から前世代Gi−1までに抽出されたパレート最適解とを加算した解群の一例を示す図である。また、図14は、図13に示す解群から指定のランクrref(xi)=1以下の解を抽出した結果の一例を示す図である。図11から図14に示す点(ドット)は、解xiを表し、点(ドット)に併記された数値は、ランクr(xi)の値を表している。図13に示すように、抽出部122は、現世代Giの解xiと、初期世代G1から前世代Gi−1までに抽出されたパレート最適解とを加算した解群からパレート最適解を抽出する処理を、世代が更新される度に繰り返し行う。充電設備運用支援装置100は、パレート最適解の世代Giが所定世代Gmaxに到達したか否かを判定し(ステップS132)、世代Giの数が所定世代Gmaxに達するまで上述した処理を繰り返し行い、パレート最適解を最適値に近づける。
The method for extracting the Pareto optimal solution will be described below with reference to FIGS. 11 to 15. FIG. 11 is a diagram showing an example of the solution x i of the current generation G i . 12 is a diagram showing an example of a Pareto optimal solution, which is extracted before generation G i-1 from the initial generation G 1. The Pareto optimal solution shown in FIG. 12 is a solution group extracted when the designated rank r ref (x i ) = 1. FIG. 13 is a diagram showing an example of a solution group obtained by adding the solution x i of the current generation G i and the Pareto optimum solution extracted from the initial generation G 1 to the previous generation G i -1 . FIG. 14 is a diagram showing an example of a result of extraction of a solution having a specified rank r ref (x i ) = 1 or less from the solution group shown in FIG. The points (dots) shown in FIG. 11 to FIG. 14 represent the solution x i , and the numerical values attached to the points (dots) represent the value of the rank r (x i ). As shown in FIG. 13, the
図15は、所定世代Gmaxに達した後に抽出される、一群のパレート最適解の一例を示す図である。図15に示すように、充電設備運用支援装置100は、ランダムに複数生成した解xiの中から、トレードオフの関係にある電力料金ECOSTと充電設備10のコストICOSTとを共に好適な値にすることが可能なパレー最適解(解xi)を抽出することができる。なお、初期世代G1における指定のランクrref(xi)と、2世代G2以降における指定のランクrref(xi)とは、異なる値であってもよい。
FIG. 15 is a diagram showing an example of a group of Pareto optimal solutions extracted after reaching a predetermined generation G max . As shown in FIG. 15, among the plurality of randomly generated solutions x i , the charging facility
本実施形態では、世代を繰り返すごとに蓄積したパレート最適解を用いて、次世代Gi+1の解からパレート最適解を抽出するため、パレート最適解として抽出される解xiが局所解(一定の解群)に収束する傾向がある。このため、変化処理部124は、抽出部122により抽出されるパレート最適解が局所解に収束するのを抑制するために、世代Giごとにパレート最適解が抽出される度に、生成部112により生成された複数の解xiの中から、一部の解xiを無作為に抽出し、抽出した解xiのパラメータを調整する(ステップS134)。本実施形態では、変化処理部124は、遺伝的アルゴリズムにおける交叉および突然変異処理を行って、抽出した解xiのパラメータを調整する。
In this embodiment, since the Pareto optimal solution is extracted from the solution of the next generation G i + 1 using the Pareto optimal solution accumulated for each generation, the solution x i extracted as the Pareto optimal solution is a local solution (a constant solution Tends to converge on the solution group). Therefore, the
以下、図16および図17を参照して、具体的な変化処理部124の処理について説明する。図16は、変化処理部124による交叉処理の一例を説明するための図である。図16の例では、変化処理部124は、例えば、図4に示した生成部112により生成された複数の解xiの中から、所定の確率によって解x2と解x4とを抽出し、交叉処理を実施している。変化処理部124は、抽出した解x2と解x4とに対して、交叉を行う位置を無作為に設定する。図16の例の場合、変化処理部124は、交叉位置として、CR1、CR2、およびCR3を、解x2と解x4とに対して設定している。変化処理部124は、無作為に設定した交叉位置を基準に、解x2と解x4とのそれぞれのパラメータを入れ替える。この際、変化処理部124は、交叉位置の前方(図中左側)で2つの解のパラメータを入れ替えるのか、或いは交叉位置の後方(図中右側)で2つの解のパラメータを入れ替えるのかをランダムに決定する。変化処理部124は、例えば、交叉位置CR1のよりも図中左側のパラメータと、交叉位置CR2と交叉位置CR3とに挟まれるパラメータとを、解x2および解x4の間で入れ替える。これによって、変化処理部124は、2つの解(解x2および解x4)において、生成部112により無作為に設定されたパラメータを変更することができる。なお、上述した例では、交叉処理に用いるペアの解を1つとしたがこれに限られず、例えば、2つ以上であってもよい。また、交叉処理に用いる解は、トリオ(3つの解で1組)であってもよい。また、交叉位置の数は、ユーザが任意に変更してもよい。
The specific processing of the
図17は、変化処理部124による突然変異処理の一例を説明するための図である。図17の例では、変化処理部124は、例えば、図4に示した生成部112により生成された複数の解xiの中から、所定の確率によって解x2を抽出し、突然変異処理を行っている。変化処理部124は、抽出した解x2に対して、突然変異を行うパラメータを無作為に選択する。図17の例の場合、変化処理部124は、突然変異を行う位置として、MT1、MT2、およびMT3の計3箇所を解x2のパラメータに設定している。変化処理部124は、無作為に設定した突然変異を行う位置のパラメータを無作為に変更する。変化処理部124は、例えば、充電器種、充電開始時刻、蓄電池20の容量(2進数の配列)、および契約電力(2進数の配列)は、元と違う値に変更する。これによって、変化処理部124は、1つの解x2において、生成部112により無作為に設定されたパラメータを変更することができる。なお、上述した例では、突然変異を行う位置は、3箇所としたがこれに限られず、例えば1箇所や2箇所であってもよいし、4箇所以上であってもよい。
FIG. 17 is a diagram for explaining an example of mutation processing by the
変化処理部124は、パラメータの調整を行うために交叉処理および突然変異処理のいずれか一方、または双方を実施した解xiに対して、生成部112が解xiの初期化を行う際に参照する初期化の制約条件IF1を満たすか否かを判定する処理を実施する。変化処理部124は、パラメータの調整を行った解xiが初期化の制約条件IF1を満たさない場合、制約条件IF1を満たすまで交叉処理および突然変異処理のいずれか一方、または双方を実施してパラメータの調整を行い続ける。
一方、変化処理部124は、パラメータの調整を行った解xiが初期化の制約条件IF1を満たす場合、パラメータの調整を終了する。これによって、充電設備運用支援装置100は、初期化の制約条件IF1を満たすように解xiのパラメータを調整することにより、受電電力量が契約電力PC以下になると共に、路線バスBの出発予定時刻までに充電が終了する充放電計画SKDを、パラメータを調整した解xiから生成することができる。この結果、充電設備運用支援装置100は、パラメータを調整した解xiに対してペナルティを付与することがなくなり、パラメータを調整した解xiをパレート最適解として抽出させやすくすることができる。従って、充電設備運用支援装置100は、世代を繰り返すごとに抽出するパレート最適解を局所解に収束させるのを抑制することができる。
On the other hand, when the solution x i for which the parameter adjustment has been performed satisfies the initialization constraint condition IF1, the
図18は、第1の実施形態における変化処理部124により実施される交叉処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、図3に示すステップS134の処理に相当する。
FIG. 18 is a flowchart illustrating an example of the flow of crossover processing performed by the
まず、変化処理部124は、生成部112により生成された複数の解xiの中から、ランダムに2つの解を抽出する(ステップS200)。次に、変化処理部124は、ランダムに抽出した2つの解に対して、ランダムに交叉位置を設定する(ステップS202)。次に、変化処理部124は、設定した交叉位置において2つのパラメータを入れ替える(ステップS204)。次に、変化処理部124は、パラメータを入れ替えた解が、初期化の制約条件IF1を逸脱するか否かを判定する(ステップS206)。変化処理部124は、パラメータを入れ替えた解が、初期化の制約条件IF1を逸脱する場合、ステップS202の処理に戻る。変化処理部124は、パラメータを入れ替えた解が、初期化の制約条件IF1を逸脱しない場合、本フローチャートの処理を終了する。
First, the
図19は、第1の実施形態における変化処理部124により実施される突然変異処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、図3に示すステップS134の処理に相当する。
FIG. 19 is a flowchart showing an example of the flow of mutation processing performed by the
まず、変化処理部124は、生成部112により生成された複数の解xiの中から、ランダムに1つの解を抽出する(ステップS300)。次に、変化処理部124は、ランダムに抽出した1つの解に対して、ランダムに突然変異位置を設定する(ステップS302)。次に、変化処理部124は、ランダムに設定した突然変異位置でパラメータをランダムに変更する(ステップS304)。次に、変化処理部124は、パラメータを変更した解が、初期化の制約条件IF1を逸脱するか否かを判定する(ステップS306)。変化処理部124は、パラメータを変更した解が、初期化の制約条件IF1を逸脱する場合、ステップS302の処理に戻る。変化処理部124は、パラメータを変更した解が、初期化の制約条件IF1を逸脱しない場合、本フローチャートの処理を終了する。
First, the
出力部126は、パレート最適解の世代Giが所定世代Gmaxに到達した場合、抽出部122により抽出されたパレート最適解が示す充放電計画SKDを、充電設備制御装置30に出力する(ステップS136)。これによって、充電設備運用支援装置100は、図3に示すフローチャートの処理を終了する。この結果、出力部126から充放電計画SKDを出力された充電設備制御装置30は、充放電計画SKDに従って、充電設備10を制御することができる。
The
以上説明した第1の実施形態の充電設備運用支援装置100によれば、充電設備10に含まれる充電器16の充電開始時刻、充電設備10が備える蓄電池20の容量、および契約電力量を符号化した解xiを複数生成し、生成した複数の解xiに対して突然変異や交叉等の確率的処理を行い、解xiのパラメータを確率的に変化させ、パラメータを変化させた解xiについて、充電設備10のコストICOSTを評価対象の一つとした評価関数を導出し、導出した評価関数が好適な値となるパレート最適解を、パラメータを変化させた解xiの中から抽出することにより、利用者の目的に適った運用スケジュールを求めることができる。
According to the charging facility
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態における充電設備運用支援装置100について説明する。ここでは、第1の実施形態との相違点として、評価部116によって行われる充電設備10のコストICOSTの評価処理について説明する。以下、上述した第1の実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。
Second Embodiment
Hereinafter, the charging facility
第2の実施形態における評価部116は、蓄電池20の容量と契約電力とに基づいて、充電設備10のコストICOSTを評価する。具多的には、評価部116は、充電設備10のコストICOSTを回収する期間(以下、「充電設備費用回収期間」と称する)を評価する。充電設備費用回収期間は、充電設備10のコストICOSTに対して、ディーゼルエンジンを搭載する路線バス(以下、「ディーゼルバス」と称する)を運用した場合に掛かる年間当たりの燃料コストから二次電池を搭載する路線バス(以下、「電動バス」と称する)を運用した場合に掛かる年間当たりの電力コストを減算した値を除算して求められる。ディーゼルバスの燃料コストは、電動バスの走行距離と同距離を走行することを想定した場合に生じる燃料コストに相当する。従って、評価部116は、ディーゼルエンジンを搭載する路線バスから二次電池を搭載する路線バスに代替することで得られる利潤(ディーゼルバスの燃料コストと電動バスの電力コストとの差)によって、充電設備10のコストICOSTを回収する期間を評価する。
The
抽出部122は、評価部116により算出された充電設備費用回収期間に基づいて、世代Giが所定世代Gmaxに到達した際のパレート最適解から、さらに目標投資回収期間以内の解xiを抽出する。目標投資回収期間は、ユーザにより設定される期間であり、例えば、10年に設定される。
Based on the charging facility cost recovery period calculated by the
図20は、世代Giが所定世代Gmaxに到達した際のパレート最適解に対して目標投資回収期間が設定された場合の一例を示す図である。図20に示す直線LN4は、目標投資回収期間を表す。上述したように、充電設備費用回収期間は、充電設備10のコストICOSTと、電動バスの電力コストとを変数とする関数であるため、ユーザにより目標投資回収期間が設定されると、抽出部122は、図20に示すパレート最適解のマップ上に目標投資回収期間を表す直線LN4を描く。抽出部122は、直線LN4を描いたパレート最適解のマップ上から、直線LN4以下の値(期間)を示す解xiを抽出する。出力部126は、例えば、抽出部122により抽出された目標投資回収期間以下の解xiを図示しないディスプレイ装置に出力する。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example in which a target investment recovery period is set for the Pareto optimal solution when the generation G i reaches the predetermined generation G max . A straight line LN4 shown in FIG. 20 represents a target return on investment. As described above, since the charging facility cost recovery period is a function that uses the cost ICOST of the charging
以上説明した第2の実施形態の充電設備運用支援装置100によれば、充電設備費用回収期間を算出することによって、世代Giが所定世代Gmaxに到達した際のパレート最適解から、目標投資回収期間以下の解xiを抽出することができる。一般的には、電動バスの充電設備10は、ディーゼルバスの燃料を補給する設備に対して高価である傾向があり、ユーザは、初期投資費用の回収期間が短くなるような運用スタイルを所望する。このような場合、充電設備運用支援装置100は、ユーザに対して、ディーゼルバスから電動バスに代替することで得られる利潤を回収することができる期間を提示することにより、初期投資費用の回収期間が短くするために、充電設備10のランニングコスト(電力料金)を抑えることが可能な運用スケジュールを選択させたり、充電設備10のイニシャルコスト(充電器16および蓄電池20の初期費用)を抑えることが可能な運用スケジュールを選択させたりすることができる。
According to the charging equipment
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態における充電設備運用支援装置100について説明する。ここでは、上述した第1および第2の実施形態との相違点として、抽出部122によって行われる解xiの抽出処理について説明する。以下、上述した第1および第2の実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。
Third Embodiment
Hereinafter, the charging facility
第3の実施形態における抽出部122は、世代Giが所定世代Gmaxに到達した際のパレート最適解に対して、所定の期間が経過した時点で、投資回収後の利潤が最大となる解xiを抽出する。所定の期間には、例えば、充電設備10のリプレース期間(充電器16や蓄電池20の耐用年数)等が設定される。
The
図21は、2種類の充放電計画SKDを用いた場合に得られる利潤の時間変移に対する変化を表す図である。図21に示す横軸は、運用を開始してから経過した時間(例えば単位は[年])を表し、縦軸は、利潤(例えば単位は[円])を表す。図21中に示すLN5は、初期投資費用が小さく、電力コストが大きくなる充放電計画SKD1に基づいて充電設備10を運用した場合の利潤の変化を表す。すなわち、LN5は、充電設備10の初期投資が少なく、その分電力料金が高くディーゼルバスから電動バスへ代替することによる利潤が少ないケースを表している。また、LN6は、初期投資費用が大きく、電力コストが小さくなる充放電計画SKD2に基づいて充電設備10を運用した場合の利潤の変化を表す。すなわち、LN6は、充電設備10の初期投資が多く、その分電力料金が安くディーゼルバスから電動バスへ代替することによる利潤が多く得られるケースを表している。
FIG. 21 is a diagram showing a change in profit with respect to time transition obtained when using two types of charge and discharge plans SKD. The horizontal axis shown in FIG. 21 represents the time elapsed since the start of operation (for example, the unit is [year]), and the vertical axis represents the profit (for example, the unit is [yen]). LN5 shown in FIG. 21 represents a change in profit when the charging
例えば、充放電計画SKD1に基づいて充電設備10を運用した場合、時間t1のとき、運用開始時からの利潤が初期投資と同じになる。また、充放電計画SKD2に基づいて充電設備10を運用した場合、時間t2のとき、運用開始時からの利潤が初期投資と同じになる。すなわち、充電設備運用支援装置100は、時間t1、または時間t2を充電設備費用回収期間として算出する。LN5とLN6とは、時間t3の時点で交差する。すなわち、充放電計画SKD1または充放電計画SKD2のいずれかに基づいて充電設備10を運用した場合であっても、時間t3が経過した時点では利潤は等しくなる。時間t4が経過した時点では、充放電計画SKD1に基づいて充電設備10を運用した場合に対して、充放電計画SKD2に基づいて充電設備10を運用した場合の方が、利潤が大きくなる。従って、充電設備運用支援装置100は、例えば、所定の期間が時間t4である場合、充放電計画SKD2を出力する。
For example, when the charging
以上説明した第3の実施形態の充電設備運用支援装置100によれば、世代Giが所定世代Gmaxに到達した際のパレート最適解から、ユーザが指定した期間(所定の期間)における利潤を算出し、算出した利潤が最大となる解xiを抽出することができる。この結果、第3の実施形態の充電設備運用支援装置100は、ユーザに対して、投資回収の早い運用スケジュールを優先するか、または投資回収後の利潤が最大となる運用スケジュールを優先するかを選択させることができる。
According to the charging facility
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態における充電システム1について説明する。ここでは、上述した第1から第3の実施形態との相違点として、充電設備10の構成について説明する。以下、上述した第1から第3の実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。
Fourth Embodiment
Hereinafter, the
図22は、第4の実施形態における充電設備運用支援装置100を含む充電システム1の構成の一例を示す図である。第4の実施形態における充電設備10は、太陽光発電装置や風力発電装置等の発電装置52と、発電通信機50とをさらに備える。
FIG. 22 is a diagram showing an example of a configuration of the
充電設備制御装置30は、充電設備10内で消費される電力量と契約電力量との関係から、電力系統2からの受電電力で足りない電力量分を、蓄電池20に放電させて賄うように調整するか、または、発電装置52に発電させて賄うように調整する。より具体的には、充電設備制御装置30は、充電設備10が連系する電力系統2における受電電力が契約電力を超える場合に、蓄電池20に放電をさせ、蓄電池20の使用可能な充電量(例えば30%)以下になる場合、発電通信機50に制御情報を出力する。発電装置52は、充電設備制御装置30から発電通信機50に出力された制御情報に基づいて発電を行い、発電した電力を電力線PLに供給する。これによって、充電システム1は、充電設備10の受電電力が契約電力を超えずに、路線バスBに充電を行うことができる。
From the relationship between the amount of power consumed in the charging
(その他の実施形態(変形例))
以下、その他の実施形態について説明する。
上述した第1から第4の実施形態では、電力料金ECOSTと、充電設備10のコストICOSTとを評価関数の変数として説明したが、これら以外に、例えば同一の充電器16の使用間隔の合計時間(最大化問題)や、全充電所要時間の合計(最小化問題)等を変数として最適化を行ってもよい。同一の充電器16の使用間隔の合計時間は、例えば、1つの充電器16を用いた場合に、1つの路線バスBが充電完了してから次の路線バスBが充電開始するまでの時間を全ての充電器16に対しても算出し、算出した時間を合計した値である。充電設備運用支援装置100は、例えば、充電器16の使用間隔の合計時間を評価関数の変数として扱い、充電器16の使用間隔の合計時間を最大になるように遺伝的アルゴリズムを解くことによって、路線バスBに対する充電が遅延した際に、玉突き式の充電遅延を抑制することができる。
(Other Embodiments (Modifications))
Hereinafter, other embodiments will be described.
In the first to fourth embodiments described above, although the power charge ECOST and the cost ICOST of the charging
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、充電設備10に含まれる充電器16の充電開始時刻、充電設備10が備える蓄電池20の容量、および契約電力量を符号化した解xiを複数生成し、生成した複数の解xiに対して突然変異や交叉等の確率的処理を行い、解xiのパラメータを確率的に変化させ、パラメータを変化させた解xiについて、充電設備10のコストICOSTを評価対象の一つとした評価関数を導出し、導出した評価関数が好適な値となるパレート最適解を、パラメータを変化させた解xiの中から抽出することにより、利用者の目的に適った運用スケジュールを求めることができる。
According to at least one embodiment described above, a plurality of solutions x i are generated by encoding the charging start time of the
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。 While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof as well as included in the scope and the gist of the invention.
1…充電システム、10…充電設備、12…受電点、14…充電器側通信機、16…充電器、18…電池側通信機、19…AC−DCコンバータ、20…蓄電池、30…充電設備制御装置、100…充電設備運用支援装置、102…通信部、110…制御部、112…生成部、114…充放電計画生成部、116…評価部、118…ペナルティ付与部、120…確率算出部、122…抽出部、124…変化処理部、126…出力部、150…記憶部、B…路線バス
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記生成部により生成された複数のコードに対して確率的処理を行い、前記コードを確率的に変化させる変化処理部と、
前記変化処理部による処理を経たコードについて、前記充電設備のコストを評価対象の一つとした評価関数を導出する評価部と、
前記評価部により導出された評価関数が好適な値となるコードを、前記変化処理部による処理を経たコードの中から抽出する抽出部と、
を備える充電設備運用支援装置。 A generation unit that generates a plurality of codes in which information on an operation schedule of a charger included in a charging facility, information on a storage battery included in the charging facility, and information on contract power is encoded;
A change processing unit that performs probabilistic processing on the plurality of codes generated by the generation unit and changes the codes stochastically;
An evaluation unit that derives an evaluation function with the cost of the charging facility as one of the evaluation targets for the code that has been processed by the change processing unit;
An extraction unit that extracts, from among the codes subjected to processing by the change processing unit, a code for which the evaluation function derived by the evaluation unit is a suitable value;
Charging equipment operation support device provided with.
前記変化処理部、前記評価部、および抽出部は、所定の目的が達成されるまで繰り返し処理を行う、
請求項1記載の充電設備運用支援装置。 It further comprises an output unit for outputting the code extracted by the extraction unit,
The change processing unit, the evaluation unit, and the extraction unit repeatedly perform processing until a predetermined purpose is achieved.
The charge facility operation support device according to claim 1.
請求項2記載の充電設備運用支援装置。 The extraction unit adds the code extracted in the past repetition processing to the current extraction target code in the process of performing the iterative processing, and the evaluation function derived by the evaluation unit from the added code is Extract the code that has a suitable value,
The charging facility operation support device according to claim 2.
請求項1から3のうちいずれか1項記載の充電設備運用支援装置。 The evaluation unit evaluates the cost of the charging facility based on the capacity of the storage battery and the contracted power.
The charging facility operation support device according to any one of claims 1 to 3.
前記生成部は、前記取得部により取得された運行ダイヤに基づいて、前記充電器を識別する識別情報と、前記蓄電池の容量と、前記契約電力と、前記充電器に対して前記電動車両の充電を開始させる時刻を示す充電開始時刻とを符号化したコードを複数生成し、
前記変化処理部は、前記生成部により生成されたコードに含まれる前記識別情報、前記蓄電池の容量、前記契約電力、および前記充電開始時刻のうちいずれか1つ以上に対して、前記確率的処理を行い、前記コードを確率的に変化させる、
請求項1から4のうちいずれか1項記載の充電設備運用支援装置。 It further comprises an acquisition unit for acquiring an operation schedule of the electric vehicle to be charged using the charger.
The generation unit is configured to, based on the operation schedule acquired by the acquisition unit, identification information for identifying the charger, a capacity of the storage battery, the contracted power, and charging of the electric vehicle with respect to the charger. Generate multiple codes that encode the charge start time that indicates the time to start the
The change processing unit performs the stochastic processing on any one or more of the identification information, the capacity of the storage battery, the contracted power, and the charge start time included in the code generated by the generation unit. And stochastically change the code,
The charge facility operation support device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5のうちいずれか1項記載の充電設備運用支援装置。 The extraction unit obtains evaluation coordinates having the evaluation target of the evaluation function as an axis, and the coordinates of the code processed by the change processing unit in the evaluation coordinates are on a predetermined side of a threshold curve which is approximated by a curve. To extract
The charging facility operation support device according to any one of claims 1 to 5.
前記抽出部は、前記確率算出部により算出された確率に基づいて、前記評価部により導出された評価関数が好適な値となるコードを、前記変化処理部による処理を経たコードの中から抽出する、
請求項1から6のうちいずれか1項記載の充電設備運用支援装置。 The apparatus further comprises a probability calculation unit for calculating, for each of the codes, the probability of being referred to in the process of extracting a code by the extraction unit based on the value of the evaluation function derived by the evaluation unit.
The extraction unit extracts, from among the codes subjected to processing by the change processing unit, a code for which the evaluation function derived by the evaluation unit has a suitable value based on the probability calculated by the probability calculation unit. ,
The charging facility operation support device according to any one of claims 1 to 6.
前記電動車両の運用時間と同時間、内燃機関を動力源とする車両を運用する場合に要する前記充電設備のコストとを減算し、減算した値で前記充電設備のコストを除算した値が、所定範囲内であるコードを、抽出したコードから更に抽出する、
請求項5記載の充電設備運用支援装置。 The extraction unit may include the cost of the charging facility required to operate the electric vehicle.
The operation time and the same time of the electric vehicle, the value the subtracting the cost of charging equipment, by dividing the cost of the charging facilities subtracted value required when operating a vehicle having an engine powered, predetermined which is the range code further extracted from the extracted code,
A charging facility operation support device according to claim 5.
充電設備に含まれる充電器の運用スケジュールに関する情報、前記充電設備が備える蓄電池に関する情報、および契約電力に関する情報を符号化したコードを複数生成させ、
前記生成させた複数のコードに対して確率的処理を行わせて、前記コードを確率的に変化させ、
前記確率的に変化させたコードについて、前記充電設備のコストを評価対象の一つとした評価関数を導出させ、
前記導出させた評価関数が好適な値となるコードを、前記確率的に変化させたコードの中から抽出させる、
充電設備運用支援プログラム。 On the computer
Generating a plurality of codes encoding information on an operation schedule of a charger included in a charging facility, information on a storage battery provided in the charging facility, and information on contract power;
Stochastic processing is performed on the plurality of generated codes to stochastically change the codes,
With respect to the code that has been changed in a stochastic manner, an evaluation function is derived, which is one of the evaluation targets of the cost of the charging facility,
Extracting a code having a suitable value from the derived evaluation function from among the stochastically changed codes;
Charging facility operation support program.
前記充電設備に含まれる充電器と、
前記充電設備運用支援装置の出力情報に基づいて前記充電器を制御する制御装置と、
を備える充電システム。 A charging facility operation support device according to any one of claims 1 to 8 .
A charger included in the charging facility;
A control device that controls the charger based on output information of the charging facility operation support device;
A charging system comprising
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