需要予測手法のための需要変動要因分析

次 に 、 上 記 期 間 の 充 放 電 効 率 の 算 出 を 試 み た 。 充 放 電 効 率 η は 式(3-1)に よ っ て 求 め た 。

  ^{ 100}

 

heat charge

discharge

% W W

 W

(3-1)

た だ し 、Wd is c h ar ge は 年 間 平 均 放 電 電 力 量[kWh]、Wc h ar g e は 年 間 平 均 充 電 電 力 量 [kWh]、Wh e a tは 年 間 平 均 補 機 電 力 量[kWh]を 示 す 。

NAS 電 池 は 動 作 温 度 を 保 つ た め に 内 部 に ヒ ー タ を 内 蔵 し て い る 。 こ の ヒ ー タ を 駆 動 す る た め の 電 力 は 、デ ー タ 上 で は 補 機 電 力 と し て 記 録 さ れ る 。こ こ で の 効 率 η は 、 ヒ ー タ へ 供 給 さ れ る 電 力 を NAS 電 池 の 充 電 電 力 の 一 部 と し て 算 出 す る 。 η は PCS^{* 2}や 内 部 抵 抗 な ど で 発 生 す る 損 失 の 影 響 を 受 け る 。表 3-2 に 効 率 の 算 出 結 果 を 示 す 。 本 分 析 で は 、 全 デ ー タ を 含 む 場 合 と 休 日 を 除 外 す る 場 合 の 2 ケ ー ス の 方 法 で 効 率 を 算 出 し た 。休 日 を 除 外 す る と 効 率 が 向 上 す る 理 由 と し て は 、充 放 電 を 行 わ な い 休 日 に お い て も 、す ぐ に 運 用 で き る よ う に 電 池 内 部 温 度 を 300℃ 付 近 に 常 に 保 っ て い る た め で あ る 。そ の た め 、休 日 で 充 放 電 が な く て も ヒ ー タ 電 力 量 の 損 失 は 発 生 す る 。一 般 に 公 表 さ れ て い る 効 率 90%(カ タ ロ グ 値)と 比 較 す る と そ の 値 に 満 た な い 。 こ れ は 交 直 変 換 器 PCS に よ る 損 失 が 影 響 し て い る た め で あ る 。

表 3-2 運 用 実 績 に よ る 効 率 算 出 結 果

で あ り 、需 要 家 内 等 限 ら れ た 地 域 で の 予 測 の 事 例 は 少 な い 。需 要 家 で の 需 要 予 測 は 電 力 需 要 に 与 え る 変 動 要 素 が 多 く 、詳 細 な デ ー タ を 入 手 す る こ と が 困 難 で あ る こ と か ら 現 状 で は 需 要 家 向 け に 開 発 さ れ た 予 測 手 法 は 確 立 さ れ て お ら ず 、ど の 需 要 家 で も 適 用 で き る 汎 用 性 を 持 っ た 需 要 予 測 は 少 な い 。ま た 、本 項 で は 、明 星 大 学 の 電 力 需 要 実 績 と そ の 他 入 手 可 能 な 要 素 を 分 析 し 、需 要 変 動 に 与 え る 要 因 を 調 査 す る 。ま た 、そ の 際 に は 明 星 大 学 の み に 適 用 で き る 需 要 予 測 で は な く 、他 需 要 家 に お い て も 適 用 で き る 汎 用 性 を 持 た せ る よ う 留 意 し 、 変 数 を 抽 出 す る 。 対 象 に す る デ ー タ は 、 2003 年 10月 か ら 2008 年 3 月 ま で の 実 績 デ ー タ 1644 日 か ら デ ー タ 欠 落 が あ る 日 を 除 い た 1565 日 を 用 い る 。

初 め に 、需 要 予 測 を 行 い た い 日 の 需 要 と 過 去 の 実 績 需 要 の 類 似 性 を 調 査 す る 。電 力 需 要 の 類 似 性 を 示 す た め に 式(3-2)を 用 い る 。 た だ し 、 蓄 電 池 運 用 制 御 に は 需 要 曲 線 が 必 要 で あ る こ と か ら 、本 論 文 で 述 べ る 需 要 予 測 と は 需 要 曲 線 の 予 測 の こ と を 指 す 。

 

²

48

1









i

P

a i

P

b i

Err

_{, ,} (3-2)

た だ し 、Err は 誤 差[kW²]、i は 30 分 刻 み の 時 刻 、a は 予 測 す る 対 象 日 の 日 付 、b は 過 去 日 の 日 付 、Pa, iは 予 測 す る 対 象 日 の 需 要[kW]、Pb , iは 過 去 日 の 需 要[kW]を 表 す 。

式(3-2)は 予 測 を 行 い た い 対 象 日 の 需 要 曲 線 と そ の 対 象 日 よ り 過 去 の 需 要 曲 線 の 各 時 刻 で の 差 の 二 乗 和 を 表 し て い る 。こ の 誤 差 が 小 さ い 場 合 、予 測 対 象 日 と 過 去 の 需 要 曲 線 が 類 似 し て い る と 言 え る 。 予 測 対 象 日 の 需 要 曲 線 は 本 来 未 知 で あ る た め 、 実 際 の 予 測 で は こ の 方 法 で 類 似 し て い る 需 要 曲 線 を 選 出 す る こ と は で き な い が 、本 項 で は 要 因 分 析 の た め 予 測 対 象 日 が 過 去 の 実 績 と ど の よ う な 相 関 関 係 が あ る の か を 調 査 す る 。ま た 、特 異 的 に 誤 差 が 小 さ い こ と か ら 類 似 曲 線 が 選 出 さ れ る こ と を 避 け る た め に 、 予 測 対 象 日 の 需 要 曲 線 と の 誤 差 が 小 さ な 類 似 曲 線 5 日 分(以 降 Top5) を 選 出 す る 。も し 、ど の 予 測 対 象 日 に 対 し て も Top5 が 予 測 対 象 の 需 要 曲 線 と 類 似 し て い る 場 合 、そ の 過 去 日 を 検 索 で き る 要 素 を 入 手 す る こ と が で き れ ば 、容 易 に 予 測 対 象 日 の 需 要 曲 線 を 予 測 す る こ と が 可 能 で あ る 。本 調 査 で は 、予 測 対 象 日 と 過 去 日 の 相 関 関 係 を 以 下 の 6 つ の 要 素 で 検 討 し た 。 こ れ ら の 要 素 は 、 ど の 需 要 家 で も 入 手 が 容 易 で あ る た め 、こ れ ら の 要 素 を 用 い て 予 測 手 法 が 特 殊 な 手 法 と な ら な い と い っ た メ リ ッ ト が あ る 。

(1) 学 事 種 別(ス ケ ジ ュ ー ル 分 類)

大 学 の 学 事 日 程 と 曜 日 に よ っ て 、講 義 の 有 無 、定 期 試 験 、行 事 日 に 分 類 し コ ー ド 番 号 で 表 す 。 表 3-3 に 学 事 種 別 毎 の コ ー ド 表 を 示 す 。 例 え ば 、 コ ー ド 番 号 C11 は 平 日 の 授 業 日 を 表 し て い る 。明 星 大 学 で は 、夏 季 長 期 休 暇 中 と 春 季 長 期 休 暇 中 に 通 信 教 育 が 行 わ れ て い る 。ま た 、学 校 特 有 の オ ー プ ン キ ャ ン パ ス や 文 化 祭 、セ ン タ ー 試 験 な ど の 行 事 も 行 わ れ て い る 。 そ れ ら の 学 事 も コ ー ド と し て 分 類 し た 。

表 3-4 に 予 測 対 象 日 と 類 似 し て い る Top5 と し て 選 出 さ れ る 行 事 の 確 率 を 示 す 。 表 か ら 、予 測 対 象 日 と 同 行 事 の 過 去 日 が Top5 と し て 選 出 さ れ る 確 率 が 高 い こ と が 確 認 で き る 。し か し 、定 期 試 験 C3 は 平 日 授 業 日 C11 を 選 定 す る 確 率 が 高 い こ と が 確 認 で き る 。こ れ は 、定 期 試 験 中 で あ っ て も 通 常 授 業 が 行 わ れ る ケ ー ス が あ り 、一 概 に す べ て が 定 期 試 験 と し て 分 類 で き な い こ と が 原 因 だ と 考 え ら れ る 。ま た 、行 事 日 C5 は 、 平 日 休 業 日 C21 を 選 出 す る 確 率 が 高 い こ と も 確 認 で き る が 、 こ れ は 学 園 祭 や オ ー プ ン キ ャ ン パ ス で の 大 学 来 校 人 数 に 関 係 し て い る と 考 え ら れ る 。平 日 休 業 日 は 大 学 の 授 業 自 体 は 休 み だ が 、サ ー ク ル・部 活 等 人 の 出 入 り は 多 い た め 土 日 祝 日 の 需 要 と 比 較 す る と 需 要 量 が 多 い 。同 様 に 、学 園 祭 や オ ー プ ン キ ャ ン パ ス 日 も 授 業 は 休 み だ が 、来 客 人 数 は 休 日 よ り 多 い 。こ の こ と か ら 、需 要 曲 線 が 類 似 し て い る の で は な い か と 考 え ら れ る 。

表 3-3 学 事 分 類 コ ー ド 表

表 3-4 Top5 日 と し て 選 出 さ れ る 過 去 日 の 学 事 毎 確 率 授業日 休業日 定期試験 通信教育 行事日 平日 C11 C21

土曜 C12 祝祭日

C5 C22 C4

C3

C3 C4 C5 C11 C12 C21 C22 Total

C3 29.1 9.9 1.4 48.9 4.4 5.9 0.4 100 C4 13.4 35.0 3.1 13.1 6.5 12.6 16.4 100 C5 4.3 17.6 25.8 7.2 13.3 22.3 9.6 100 C11 3.2 3.5 0.2 87.8 0.4 4.9 0.0 100 C12 6.5 12.7 5.2 16.3 36.9 17.2 5.1 100 C21 11.4 13.0 4.3 20.2 2.3 43.8 5.0 100 C22 2.1 22.9 6.1 1.2 4.5 11.8 51.5 100

予測対象日

[%] 過去日

(2) 日 数 差

年 次 を 問 わ ず 、 予 測 対 象 日 と Top5 の 日 の 差 で あ る 。 た と え ば 、1 月 1 日 と 1 月 2 日 は 日 数 差 1 日 と な る 。 こ こ で 言 う “ 年 次 を 問 わ ず ” と い う の は 、2007 年 1 月 1 日 と 2006 年 1 月 1 日 は 同 一 の 日 と し て カ ウ ン ト さ れ る と い う 意 味 で あ る 。そ の た め 、年 間 365 日 は 予 測 対 象 日 か ら ±182 日 の 日 数 差 で 表 現 す る こ と が で き る 。図 3-5 に Top5 に 選 出 さ れ た 日 と 予 測 対 象 日 の 日 数 差 の 度 数 分 布 を 示 す 。 た だ し 、 日 数 差 は 絶 対 値 を と り 、0～182 の 間 と す る 。 こ の 結 果 か ら 、 予 測 対 象 日 か ら 日 数 差 が 開 く と 度 数 が 減 っ て い く た め 相 関 が 低 い こ と が 確 認 で き る 。 特 に 、1、7、14、 21・ ・ ・ と 7 の 倍 数 で 強 い 相 関 が み ら れ る 。 こ れ は 、 同 じ 曜 日 が 関 係 し て い る と 考 え ら れ る 。こ れ は 季 節 が 異 な っ て も 同 じ 特 性 が 得 ら れ る 。そ の た め 、前 日 、前 々 日 、1 週 間 前 の 需 要 曲 線 に 重 み を 付 け て 用 い る と 比 較 的 容 易 に 需 要 曲 線 を 予 測 す る こ と が で き る 。

図 3-5 Top5 と し て 選 出 さ れ た 日 と 予 測 対 象 日 と の 日 数 差 0

100 200 300 400 500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

頻度[回]

日数差[日]

0 100 200 300 400 500

0 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 154 168 182

頻度[回]

日数差[日]

Top5日データ

(3) 気 温 差

予 測 対 象 日 の 平 均 気 温 と Top5 に 選 定 さ れ た 日 の 平 均 気 温 の 差 で あ る 。図 3-6 に 予 測 対 象 日 と Top5 と の 気 温 差 の 分 布 を 示 す 。た だ し 、気 温 差 は 絶 対 値 を 取 っ て い る 。こ の 図 か ら 気 温 差 が 小 さ い 方 が 、類 似 曲 線 と し て 選 ば れ る 確 率 が 高 く 、相 関 が 強 い と 言 え る 。そ の た め 、需 要 予 測 に 使 用 す る 過 去 実 績 曲 線 は 、で き る だ け 気 温 差 が な い 曲 線 か ら 選 ぶ こ と が 望 ま し い 。

図 3-6 Top5 と し て 選 出 さ れ た 日 と 予 測 対 象 日 と の 気 温 差 (4) 季 節

春 夏 秋 冬 の 4 つ 分 類 し た も の で あ る 。3~5 月 を 春 季 、6~8 月 を 夏 季 、9~11 月 を 秋 季 、12~2 月 を 冬 季 に 分 類 し た 。 表 3-5 に 予 測 対 象 日 が 類 似 曲 線 の Top5 と し て 選 出 し て く る 季 節 の 確 率 表 を 示 す 。こ の 結 果 よ り 、予 測 対 象 日 と 同 季 節 の デ ー タ が 類 似 曲 線 に 選 出 さ れ る 可 能 性 が 高 い こ と が わ か っ た 。

表 3-5 Top5 日 と し て 選 出 さ れ る 過 去 日 の 季 節 毎 の 確 率

(5) 曜 日

予 測 対 象 日 の 曜 日 と Top5 の 曜 日 を 比 較 し た 曜 日 分 類 で あ る 。表 3-6 に 予 測 対 象 日 が 類 似 曲 線 の Top5と し て 選 出 し て く る 曜 日 の 確 率 表 を 示 す 。こ の 表 か ら 、予 測

0 40 80 120 160 200

0 5 10 15 20 25 30

頻度[回]

気温差|⊿T| [℃]

Top5日データ

春 夏 秋 冬 Total

春 44.0 6.2 17.4 32.4 100 夏 13.8 64.8 10.0 11.4 100 秋 13.2 20.4 58.0 8.3 100 冬 7.2 12.8 17.7 62.3 100

予測対象日

[%] 過去日

い こ と が わ か る 。ま た 、週 初 め(月・火 曜)は 平 日 の 中 で も 均 等 に 選 出 す る の に 対 し 、 週 の 後 半(水 曜 以 降)は 予 測 対 象 日 の 前 日 の 曜 日 の 需 要 曲 線 が 類 似 曲 線 と し て 選 出 し て い る 。そ の 理 由 と し て 、週 初 め の 月 曜 日 は 前 日 が 休 日 で あ る こ と か ら 、日 中 の 電 力 需 要 の 立 ち 上 が り が 遅 く 、平 日 の 中 で も 特 殊 な 曜 日 に な っ て い る 可 能 性 が あ る と 考 え ら れ る 。ま た そ れ ら の 理 由 か ら 、火 曜 日 は 直 近 の 一 般 的 な 平 日 需 要 曲 線 を 参 照 で き な い た め 、予 測 対 象 日 の 曜 日 と 同 じ 曜 日 を 参 照 す る 方 が 良 い 結 果 に な る 。一 方 で 、水 曜 以 降 の 平 日 は 、直 近 の 平 日(前 日)の 需 要 曲 線 を 用 い る こ と が で き る た め 、 予 測 対 象 日 の 前 日 の 選 出 確 率 が 高 い 結 果 に な っ た 。

表 3-6 Top5 日 と し て 選 出 さ れ る 過 去 日 の 曜 日 毎 の 確 率

(6) 最 大 需 要 電 力 差

予 測 対 象 日 の 最 大 需 要 電 力 と Top5 の 最 大 需 要 電 力 の 差 を 表 し て い る 。図 3-7 に 予 測 対 象 日 と Top5日 と し て 選 出 さ れ る 過 去 日 の 最 大 需 要 電 力 差 に お け る 確 率 分 布 を 示 す 。 こ こ か ら 、Top5 に は 最 大 需 要 電 力 の 差 が 小 さ い 方 が 選 ば れ る 傾 向 が あ る こ と が わ か る 。た だ し 、最 大 需 要 電 力 は 気 温 に よ っ て 影 響 を 受 け る た め 、気 温 差 と 最 大 需 要 電 力 差 は 重 複 す る 要 素 が 含 ま れ て い る こ と に 留 意 し な け れ ば な ら な い 。つ ま り 、最 大 需 要 電 力 関 数 に は 、気 温 の 変 数 が 含 ま れ る こ と を 考 え な け れ ば な ら な い 。 そ の た め 、翌 日 の 需 要 予 測 を 行 う 場 合 に は 、気 温 も し く は 最 大 電 力 予 測 が 最 も 重 要 な 課 題 と な る 。

月 火 水 木 金 土 日 Total

月 21.4 15.7 15.2 17.4 19.7 3.8 6.8 100 火 17.9 20.2 16.8 20.1 18.8 2.9 3.3 100 水 16.2 24.7 17.2 17.1 19.4 3.6 1.9 100 木 15.0 21.1 23.8 16.7 18.2 2.5 2.7 100 金 13.3 19.7 20.6 24.6 15.8 3.1 2.9 100 土 7.4 10.6 10.9 8.5 8.3 49.7 4.6 100 日 10.2 3.6 4.0 1.9 3.4 11.7 65.2 100

予測対象日

[%] 過去日

図 3-7 Top5 日 と し て 選 出 さ れ る 過 去 日 の 最 大 需 要 電 力 差 に お け る 確 率

以 上 の こ と か ら 、需 要 変 動 は 上 記 6 つ の 要 素 に 強 い 相 関 が あ る こ と が わ か っ た 。 そ の た め 、需 要 予 測 を 行 う 際 に は 以 下 の 条 件 を 考 慮 し 過 去 日 を 参 照 す る と 、容 易 に 需 要 曲 線 が 予 測 で き る 。

 行 事 ・ ス ケ ジ ュ ー ル を カ テ ゴ リ 化 し 、予 測 対 象 日 と 同 一 の カ テ ゴ リ の 過 去 日 を 選 ぶ

 予 測 対 象 日 の 前 日 ・ 前 々 日 ・1 週 間 前 の 過 去 日 を 選 ぶ

 気 温 差 が な い 過 去 日 を 選 ぶ

 季 節 は 予 測 対 象 日 と 同 季 節 の 過 去 日 を 選 ぶ

 曜 日 は 、平 日 は 同 曜 日 も し く は 前 日 、土 日 は 同 曜 日 の 過 去 日 を 選 ぶ(祝 日 は 日 曜 扱 い)

 最 大 需 要 電 力 差 が 小 さ い 過 去 日 を 選 ぶ

ドキュメント内 樋田 祐輔 (ページ 62-68)