Hybrid model analysis method with data model and physical model for automatic energy analysis
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20K04426
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
飯野 穣 早稲田大学, スマート社会技術融合研究機構, 主任研究員(研究院准教授) (80563238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 泰弘 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40257209)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 分散型エネルギー資源(DER) / エネルギーネットワーク / 分散協調制御 / エネルギー融通 / 共助型レジリエンス / データドリブンアプローチ / モデルベースアプローチ / DER稼働状態推定 / レジリエンス特徴量 / エネルギーデータ / エネルギーモデル / 協調制御 / 調整力制御自由度 / 特徴量抽出 / データモデル / 物理モデル / 最適化 |
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| Outline of Research at the Start |
スマートメータやエネルギー管理システムで収集される多量のエネルギーデータを有効活用し、需要家群（住宅や中小ビル施設等）を対象に、革新的なエネルギーモデル化・自動分析・現象理解支援手法の確立を目指す。多量のエネルギーデータから、分析に適した良質のデータや特徴量を抽出することで、効率的な分析を可能にする「データスクリーニング分析手法」、データサイエンス的分析手法と物理モデル的分析手法とをかけ合わせた、「ハイブリッドモデル分析手法」、エネルギーモデルの原因～結果の構造的可視化、現象理解、設備構造最適化を可能にする「エネルギーネットワーク構造化モデル手法」の研究を推進する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
一昨年～昨年度と同様に、①特徴量抽出，データ選択利用、②データとモデル連携手法、③エネルギー構造化モデル、の各テーマ研究を進めた。特に、昨年度より需要家をDERエージェントと再定義した研究において、自立、協調、全体統括の各制御によるDER群ポテンシャルを引き続き評価した。通常時価値指標(経済性、環境性、調整力)に加え、災害時価値指標(需要家レジリエンス性能)を定義し、以下の主要成果を得た。
・昨年度の検討では、「共助」型レジリエンス制御方式において、協調グループ規模の拡大により、かえってレジリエンス性能が低下する「共倒れ現象」が発見された。これに対する対策として、需要家負荷を重要負荷・非重要負荷に分類、優先度を定義し、多段階負荷優先度を考慮した「共助」型レジリエンス制御方式に拡張した。結果として、「共倒れ現象」を回避可能であることを確認した。(テーマ①②)
・需要家エージェント間の共助グループ化ネゴシエーションアルゴリズムをマルチエージェント型の交渉プロセスとして再定義し、方式を再評価した。結果として、「共倒れ現象」回避などのレジリエンス性能の改善を確認した。(テーマ①②)
・これまでの需要家DERモデルを電力・熱・燃料ガスのマルチエネルギーに拡張し、エネルギー構造化モデルの視点で「共助」型レジリエンス制御方式を再定式化した。(テーマ③)
・需要家DERの稼働状態をスマートメータ(受電点メータ)計量値のみから推定する問題に取り組み、機械学習手法とモデルベース手法の組合せ(データとモデル連携)に基づくアルゴリズムを提案した。(テーマ②) 具体的には、メータ計量データからクラスタリング手法によりメータ下のDER群の存在と容量を推定し、さらにリアルタイムで個々のDERの稼働状態(蓄電池SOCなど)をカルマンフィルターにより推定する方式を評価し、有効性を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
[1] 飯野穣，林泰弘：負荷優先度を考慮した需要家群における共助型レジリエンス管理方式の提案，第41回エネルギー・資源学会研究発表会，3-1, pp.55-60 (2022)では、「共倒れ現象」対策として、需要家負荷の多段階負荷優先度を考慮した「共助」型レジリエンス制御方式に拡張した。
[2] Yutaka Iino, Yasuhiro Hayashi: Distributed coordinated energy management system for DERs to realize cooperative resilience against blackout of power grid, SICE Annual Conference 2022, pp.75-80 (2022) および
[3] 飯野穣，林泰弘：分散協調EMS方式による需要家群のレジリエンス性能の向上，第65回自動制御連合講演会，1B1-4, pp.49-52 (2022) では、需要家エージェント間の共助グループ化ネゴシエーションアルゴリズムをマルチエージェント型の交渉プロセスとして再定義した。
[4] 飯野穣，林泰弘：電力・熱・燃料需要を考慮した需要家モデルに基づく共助型レジリエンスの評価，第39回エネルギーシステム・経済・環境コンファレンス，17-3, pp.509-514 (2023) では、これまでの需要家DERモデルを電力・熱・燃料ガスのマルチエネルギーに拡張し、エネルギー構造化モデルの視点で「共助」型レジリエンス制御方式を再定式化した。
[5] 飯野穣，林泰弘：ネット需要データに基づく需要家蓄電池の稼働状態推定，計測制御学会 第10回制御部門マルチシンポジウム，1A3-2 (2023) では、機械学習手法とモデルベース手法の組合せに基づく需要家DERの稼働状態推定アルゴリズムを提案した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでと同様に、①特徴量抽出，データ選択利用、②データとモデル連携手法、③エネルギー構造化モデル、の各テーマ研究を踏まえ、これまでの研究の集大成として全体を体系的に評価し、まとめる検討を推進する。特に、需要家DERエージェントによる自立、協調、全体統括の各制御方式によるDER群ポテンシャルの評価と最適化手法として、以下の検討項目に注力する。
・災害時のエネルギー管理手法として、これまでに提案・評価をすすめてきた「共助」型レジリエンス制御方式を体系化し、各種のユースケースを設定して拡張評価する。
・エネルギーネットワーク構造として、配電ネットワークのトポロジー状の制約条件(配電系統のフィーダー接続・分岐条件)を加味したエネルギー融通条件下での「共助」型レジリエンス制御方式の評価を行い、エネルギーネットワーク構造とレジリエンス性能の関係を解明する。
・電力・熱・燃料ガスに拡張したマルチエネルギーネットワークモデルに対する種々の評価から、これまでの各種提案方式がマルチエネルギーに対しても適用可能であることを証明する。
・本研究課題の目標の一つである、データドリブンアプローチとモデルベースアプローチの連携手法の具体例として、需要家DERの稼働状態推定アルゴリズムを多様なDER種別やユースケースに拡張し、また個々のDERからDER群という視点に拡張し、稼働状態の推定可能性を評価、考察する。
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Report
(3 results)
Research Products
(14 results)
