本発明は、競合する消費者のグループ内でローカル発電設備、好ましくはＲＥＳ（Renewable Energy Sources, 再生可能エネルギー源）設備の電力を配電するシステムおよび方法に関する。 The present invention relates to a system and method for distributing the power of local power generation facilities, preferably RES (Renewable Energy Sources) facilities, within a group of competing consumers.
電力システムは、１０年以上にわたり大幅に変化してきた結果、分散型発電（ＤＧ, distributed generation）や分散型エネルギー資源（ＤＥＲ, distributed energy resources）のような概念が広く用いられるようになっている。特に、分散型再生可能発電（ＤＲＧ, distributed renewable generation）が広まっている。これは、化石燃料の量が限られていることに動機づけられた再生可能エネルギー浸透率を向上させる要求と、温室効果ガス排出を削減する必要性とによるものである。行政は、ローカル再生可能発電を推進し再生可能エネルギー源（ＲＥＳ）を増大させるために、ｋＷｈ当たり固定料金による固定価格買取制度で投資収益率を保証するなど、さまざまなインセンティブを用いてきた。 As a result of significant changes in power systems over 10 years, concepts such as distributed generation (DG) and distributed energy resources (DER) are widely used. In particular, distributed renewable generation (DRG) is widespread. This is due to the need to improve renewable energy penetration motivated by the limited amount of fossil fuels and the need to reduce greenhouse gas emissions. Governments have used a variety of incentives, such as securing a return on investment with a feed-in tariff with a fixed price per kWh, to promote local renewable power generation and increase renewable energy sources (RES).
しかし、一般にＤＧの浸透率を高めるには多くの技術的、商業的、および規制上の課題がある。ＤＲＧは、日照や風力等のＲＥＳの断続性および入手予測不可能性により、さらに懸念が生じる。それらの電力出力は、気象条件に依存して大幅に変動するからである。ＲＥＳの導入に関するこれらの問題を回避するため、制御可能な負荷の時間シフトに基づくさまざまな負荷分散方式や、エネルギー貯蔵システムが検討されている。 However, generally there are many technical, commercial and regulatory challenges to increase the penetration of DG. DRGs are further concerned by the intermittent nature and unpredictability of RES such as sunshine and wind power. This is because their power output varies greatly depending on weather conditions. In order to avoid these problems related to the introduction of RES, various load balancing methods based on controllable load time shifts and energy storage systems have been studied.
固定価格買取制度は太陽エネルギーの利用を促進するための非常に成功した方策であるが、最近では、固定価格による電力網への統合よりも、ローカルに発電したエネルギーの現地消費が有利になるように、インセンティブが変化している。すると、再生可能エネルギーがローカルに消費されることになるので、エネルギー貯蔵手段を設けるという高価な解決法を回避し、断続的な資源のローカルなシェアリング（共用）という問題を解決する新たな負荷分散方式が必要となる。このための再生可能資源を共用する消費ルールは明らかでない。一方で発電源の高度利用が望まれるが、供給のゆらぎと需要の変動とは一致しない。 The feed-in tariff scheme is a very successful measure to promote the use of solar energy, but recently, local consumption of locally generated energy has become more advantageous than integration into the electricity grid at a fixed price. Incentives are changing. Renewable energy will then be consumed locally, avoiding the expensive solution of providing energy storage means, and a new load that solves the problem of intermittent local sharing of resources. A distributed method is required. The consumption rules for sharing renewable resources for this are not clear. On the other hand, advanced use of power generation is desired, but supply fluctuations and demand fluctuations do not match.
したがって、本発明の目的は、頭書のような電力を配電するシステムおよび方法において、負荷分散という主要な目標を達成しながら再生可能エネルギーを公平に共用することにより、再生可能エネルギーの効率的利用を保証するような改良およびさらなる展開を行うことである。 Accordingly, it is an object of the present invention to efficiently use renewable energy by sharing renewable energy fairly while achieving the main goal of load distribution in a system and method for distributing electric power such as the headline. The improvement and further development is assured.
本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成を備えたシステムによって達成される。この請求項に記載の通り、本システムは、前記ローカル発電設備から電力利用可能情報を受信する第１のインタフェースと、実行されるべきジョブを消費者が提出することを可能にする第２のインタフェースであって、各ジョブは特定の電力プロファイルを有する機器に関係し、各ジョブには該ジョブが終了すべき期限が割り当てられた、第２のインタフェースと、提出されて実行されるのを待機しているジョブをバッファリングするキューと、所定のルールに従ってそれぞれの機器の電力プロファイルおよびジョブ期限を電力利用可能性と突き合わせることにより、待機中のジョブのオンラインスケジューリングを実行するように構成されたスケジューラであって、相異なる消費者のジョブ間の差別化が該消費者のエネルギー利用パターンに依存して導入される、スケジューラとを備える。 According to the invention, the above object is achieved by a system having the structure of claim 1. As set forth in this claim, the system includes a first interface for receiving power availability information from the local power generation facility and a second interface that allows a consumer to submit a job to be performed. Each job is associated with a device having a specific power profile, each job being assigned a time limit for the job to end and a second interface waiting for submission and execution. A queue configured to buffer queued jobs and a scheduler configured to perform on-line scheduling of waiting jobs by matching the power profile and job deadline of each device with power availability according to predetermined rules Differentiating between different consumer jobs is the energy usage pattern of the consumer Dependence to be introduced, and a scheduler.
また、上記の目的は、請求項７の構成を備えたローカル発電設備の電力を配電する方法によって達成される。この請求項に記載の通り、本方法は、
前記ローカル発電設備から電力利用可能情報を取得するステップと、
実行されるべきジョブを消費者から収集するステップであって、各ジョブは特定の電力プロファイルを有する機器に関係し、各ジョブには該ジョブが終了すべき期限が割り当てられた、収集するステップと、
収集されて実行されるのを待機しているジョブをキューにバッファリングするステップと、
スケジューラが、所定のルールに従ってそれぞれの機器の電力プロファイルおよびジョブ期限を電力利用可能性と突き合わせることにより、待機中のジョブのオンラインスケジューリングを実行するステップであって、相異なる消費者のジョブ間の差別化が該消費者のエネルギー利用パターンに依存して導入される、実行するステップと
を備える。Moreover, said objective is achieved by the method of distributing the electric power of the local power generation equipment provided with the structure of Claim 7. As described in this claim, the method comprises:
Obtaining power availability information from the local power generation facility;
Collecting jobs to be executed from consumers, each job being associated with a device having a specific power profile, each job being assigned a deadline for the job to end; and ,
Buffering queued jobs waiting to be collected and executed;
A step in which the scheduler performs online scheduling of waiting jobs by matching the power profile and job deadline of each device with power availability according to a predetermined rule, between jobs of different consumers Performing, wherein differentiation is introduced depending on the consumer's energy usage pattern.
本発明によって認識されたこととして、消費者のエネルギー利用パターンに依存して相異なる消費者間の差別化を導入することにより、再生可能エネルギーの効率的利用を保証する負荷分散は、再生可能エネルギーのフェアシェアリングと組み合わせることができる。従来、負荷分散が考察されてきたが、通常は、制御可能な負荷の最適化に基づくスケジューリングを提案するものである。このアプローチは、負荷および発電の後に、与えられた制約の下で、負荷の時間シフトによって再生可能エネルギーの利用を最大化するように最適化を行う。このアプローチは大規模なシステムに対しては効率的となる可能性があるが、ローカルな再生可能エネルギー生成（例えば住居用建物の規模で）を、高度に変動する供給環境と統合するには適していない。正確で精細な発電量予測が必要となるだけでなく、有限な範囲での最適化のためには負荷が事前に既知でなければならない。電力網規模での負荷分散で行われるような、より大きいコミュニティにわたって平均化された負荷を正確に予測することは困難ではないが、住居用建物規模での負荷予測ははるかに困難である。 It has been recognized by the present invention that load distribution, which ensures efficient use of renewable energy, by introducing differentiation between different consumers depending on the consumer's energy usage pattern, Can be combined with fair sharing. Conventionally, load distribution has been considered, but usually, scheduling based on optimization of controllable load is proposed. This approach optimizes after load and power generation, under the given constraints, to maximize the use of renewable energy by load time shifting. This approach can be efficient for large systems, but is suitable for integrating local renewable energy generation (eg at the size of residential buildings) with highly variable supply environments. Not. Not only is accurate and precise power generation prediction required, but the load must be known in advance for optimization in a finite range. While it is not difficult to accurately predict the averaged load across a larger community, as is done with load balancing at the grid scale, it is much more difficult to predict the load at the residential building scale.
本発明の実施形態は、高度なＲＥＳ利用のための負荷分散メカニズムに関する。これは、消費者の集約された利用パターンに対するローカルな発電の変動を考慮して、確率的・離散的で制御可能な住居負荷に対し、フェアネス主導でオンラインスケジューリングを行う。特に、本発明の実施形態は、専用の電力網範囲を有する消費者グループを対象とする。このグループは、例えば、発電段階に消費者が関与する住居／商業ビル（ローカルシステム接続を有する屋上の太陽電池パネル）、テナント参加型の風力発電を備えた商業ビジネスパーク、消費者参加型のコミュニティ電力網などである。ユーザ間の競合は、可変供給プロファイルに対し、すべてのアクティブユーザ間で協調的なオンラインスケジューリングを行うアプローチにより解決される。本発明の利点は、ローカルなＲＥＳ効率が向上し、与えられたシステムに対する再生可能エネルギーの浸透率が向上する一方で、高い負荷稼働率が可能となることである。 Embodiments of the present invention relate to a load balancing mechanism for advanced RES utilization. It performs fairness-driven online scheduling for stochastic, discrete and controllable residential loads, taking into account local power generation fluctuations for the aggregate usage pattern of consumers. In particular, embodiments of the present invention are directed to consumer groups having a dedicated power grid range. This group includes, for example, residential / commercial buildings that involve consumers in the power generation phase (rooftop panels with local system connections), commercial business parks with tenant-participated wind power, and consumer-participated communities Such as a power grid. Contention between users is resolved by an approach that provides coordinated online scheduling among all active users for a variable supply profile. An advantage of the present invention is that the local RES efficiency is improved and the penetration rate of renewable energy for a given system is improved while high load utilization is possible.
好ましい実施形態によれば、機器の電力プロファイルが、持続時間および消費電力で指定されたサブタスクの順序配列として与えられる。サブタスクは、ジョブ全体よりも高度のフレキシビリティをもって選択することができるので、負荷分散が改善され、ローカルに発電されるエネルギーの利用がより効率的になる。なお、本発明の実施形態によるオンラインスケジューリングのアプローチは、現在の発電を考慮し、現在アクティブなサブタスクの実行中に瞬断が起こらないことを仮定している。サブタスクが十分な精細度で与えられれば、発電量の大幅な減少があっても、誤予測の悪影響は重大でない。 According to a preferred embodiment, the power profile of the device is given as an ordered arrangement of subtasks specified by duration and power consumption. Subtasks can be selected with a higher degree of flexibility than the entire job, improving load balancing and making more efficient use of locally generated energy. Note that the online scheduling approach according to the embodiment of the present invention considers current power generation and assumes that no instantaneous interruption occurs during execution of the currently active subtask. If subtasks are given with sufficient definition, the negative impact of misprediction is not significant, even if there is a significant reduction in power generation.
実施形態によれば、前記スケジューラが、ジョブもしくはジョブのサブタスクの実行の終了時、または、前記ローカル発電設備により発電されたエネルギーの増大時に呼び出されてもよい。いずれの場合も、キュー内で待機中のジョブまたはジョブのサブタスクを開始するのに十分な可能性のある新たに利用可能な資源が存在する。 According to an embodiment, the scheduler may be called at the end of execution of a job or a subtask of a job or when the energy generated by the local power generation facility increases. In any case, there are newly available resources that may be sufficient to start a job or subtask of the job waiting in the queue.
好ましい実施形態によれば、キュー内で待機中の実行されるべきジョブのスケジューリングは、スケジューラが各ジョブに優先度を割り当てることによって実現されてもよい。その場合、スケジューラは、前記キュー内のジョブをそれらの優先度の降順にソートし、開始されるべき次のサブタスクの消費電力が利用可能電力以下であるようなジョブを識別することをキュー内で降順に反復してもよい。 According to a preferred embodiment, scheduling of jobs to be executed waiting in the queue may be achieved by the scheduler assigning a priority to each job. In that case, the scheduler sorts the jobs in the queue in descending order of their priority and identifies in the queue a job whose power consumption of the next subtask to be started is less than or equal to the available power. It may be repeated in descending order.
一般に、純粋な負荷分散は、各ジョブの期限までに残された時間に該ジョブの未実行のサブタスクの持続時間の総和を関係づけることにより各ジョブの優先度を計算するスケジューリング機能によって実現されてもよい。 In general, pure load balancing is achieved by a scheduling function that calculates the priority of each job by relating the sum of the durations of the unexecuted subtasks of the job to the time left by the deadline of each job. Also good.
他方、消費者間の差別化は、前記消費者の過去のエネルギー利用パターンに依存して待機中のジョブに優先度を割り当てる優先順位付け機能によって実現されてもよい。好ましい実施形態によれば、優先順位付け機能は、所定の過去の期間にわたって蓄積された前記消費者のエネルギー消費および／または該所定の過去の期間内の消費者のジョブ期限のフレキシビリティを考慮することにより優先度計算を実行してもよい。上記の消費者挙動履歴の分析の別法として、またはこれに加えて、消費者の現在のエネルギー利用パターンを考慮することも可能である。相異なる優先度から、相異なるジョブ待機時間が得られる。スケジューラは、待機時間の可変性を通じてフェアネスの概念を導入し、再生可能エネルギーの消費の大きい消費者ほど、より大きい待機時間（結果として、より低い優先度）を適用してもよい。 On the other hand, differentiation among consumers may be realized by a prioritizing function that assigns priorities to waiting jobs depending on the consumer's past energy usage patterns. According to a preferred embodiment, the prioritization function takes into account the consumer's energy consumption accumulated over a predetermined past period and / or the flexibility of the consumer's job deadline within the predetermined past period. The priority calculation may be executed accordingly. As an alternative to or in addition to the above analysis of consumer behavior history, it is also possible to consider the consumer's current energy usage pattern. Different job waiting times can be obtained from different priorities. The scheduler introduces the concept of fairness through variability in waiting time, and consumers with higher consumption of renewable energy may apply higher waiting time (and consequently lower priority).
ジョブのサブタスクが起動された場合、キュー内の他のジョブに対する利用可能電力を、起動されたサブタスクの消費電力だけ減少させるようにしてもよい。また、単一のジョブのサブタスクどうしを並列に実行することはできないので、そのジョブを待機キューから削除してもよい。また、ジョブの期限を守ることを保証するジョブの開始時刻は、そのジョブのサブタスクが起動されたら直ちに更新される。 When a job subtask is activated, the available power for other jobs in the queue may be reduced by the power consumption of the activated subtask. Further, since subtasks of a single job cannot be executed in parallel, the job may be deleted from the waiting queue. In addition, the start time of a job that guarantees that the job deadline is observed is updated immediately after the subtask of the job is activated.
ローカル発電設備のサイズに依存して、遊休時間がなくなるように期限を設定することによって、非制御可能負荷の一部がローカル発電により稼働するようにしてもよい。十分な再生可能発電の下に非制御可能負荷をこのように統合することで、例えば、強く要請されているゼロエネルギービルディングの概念が可能となる。 Depending on the size of the local power generation facility, a part of the non-controllable load may be operated by local power generation by setting a time limit so that there is no idle time. This integration of non-controllable loads under sufficient renewable power generation, for example, enables the highly demanded concept of zero energy building.
シームレスな運用を保証するため、十分なローカル発電がなく、ジョブに対して指定された期限を満たさなければならない場合に、電力網からのエネルギーがアクティブなジョブに割り当てられるようにしてもよい。 To ensure seamless operation, energy from the power grid may be allocated to an active job when there is not enough local power generation and the deadline specified for the job must be met.
本発明の実施形態は、さまざまな状況において実施可能である。例えば、住居用建物の借家人は、屋上に載置した光起電（ＰＶ, photovoltaic）システムに投資し、その発電をローカルに利用して、洗濯機、回転式乾燥機、食器洗い機のような制御可能な重負荷を稼働させることが可能である。本発明の実施形態によるＲＥＳシェアリングの他の応用として、商業パークのテナントのグループが風力発電プラントのサービスを受ける場合や、電気自動車の充電を、夜間にもエネルギーを供給可能なローカルな風力発電でまかなう場合が挙げられる。当業者には認識されるように、さらに他の応用場面も本発明の効果から利益を受け、応用例は上記の例に限定されない。 Embodiments of the invention can be implemented in a variety of situations. For example, a tenant in a residential building invests in a photovoltaic (PV) system placed on the rooftop and uses its power generation locally, such as a washing machine, rotary dryer, dishwasher It is possible to operate a controllable heavy load. Other applications of RES sharing according to embodiments of the present invention include local wind power generation where a group of tenants in a commercial park can be served by a wind power plant, or can recharge an electric vehicle at night. There are cases where it can be covered. As will be appreciated by those skilled in the art, other application scenarios will also benefit from the effects of the present invention, and application examples are not limited to the above examples.
本発明を好ましい態様で実施するにはいくつもの可能性がある。このためには、一方で請求項１および７に従属する諸請求項を参照しつつ、他方で図面により例示された本発明の好ましい実施形態についての以下の説明を参照されたい。図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する際には、本発明の教示による好ましい実施形態一般およびその変形例について説明する。 There are a number of possibilities for implementing the invention in a preferred embodiment. To this end, reference is made to the claims subordinate to claims 1 and 7 on the one hand, and on the other hand to the following description of preferred embodiments of the invention illustrated by the drawings. In describing preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings, preferred general embodiments and variations thereof in accordance with the teachings of the present invention will be described.
図１は、本発明の実施形態の好ましい応用場面を模式的に例示している。例示した応用場面は、屋上に載置されたＰＶシステム２として実現されたローカル発電設備１に関する。ＰＶシステム２は、住居用建物の規模での太陽電池パネルからなる。この住居用建物には、全部で６人の借家人（ユーザ１〜ユーザ６）がシステムに参加し、検討されると仮定する。したがって、これらの借家人は、競合する消費者３としてＰＶシステム２に電力負荷を提出することが許可される。以下、消費者３は、戸別に考える。すなわち、消費者という用語は、１人（すなわちユーザ１やユーザ６のような個人）、２人（例えばユーザ２やユーザ５のようなカップル）、あるいは３人以上（例えばユーザ３やユーザ４のような家族）のいずれを指すこともあり得る。 FIG. 1 schematically illustrates a preferred application scenario of an embodiment of the present invention. The illustrated application scene relates to a local power generation facility 1 realized as a PV system 2 placed on a rooftop. The PV system 2 consists of a solar panel on the scale of a residential building. Assume that in this residential building, a total of six tenants (users 1 to 6) participate in the system and are considered. Accordingly, these tenants are allowed to submit power loads to the PV system 2 as competing consumers 3. Hereinafter, the consumer 3 thinks door to door. In other words, the term consumer means one person (ie an individual such as user 1 or user 6), two persons (eg a couple such as user 2 or user 5), or three or more persons (eg user 3 or user 4). Or any other family member).
以下の説明では、コンピューティングシステムからスケジューリングの用語法を採用する。機器の１回の使用に対応する電力負荷をジョブという。ジョブを提出するとき、消費者３は、機器と、そのジョブが終了しなければならない最終期限とを指定する。また、アクティブ機器とは、ジョブ実行を意味する。各機器は相異なる電力プロファイルを有するので、実現される電力共用システムは、機器およびそのプログラムが選択されるジョブ提出時に、ジョブに電力データを割り当てる。ジョブ電力シグネチャが、持続時間および消費電力で指定されたサブタスクの順序配列として与えられると仮定する。各サブタスクは、水加熱や遠心脱水のような機器使用の相異なる段階に対応する。各サブタスクは、ジョブ実行の非プリエンプティブな（すなわち、中断されない）単位とみなされる。これに対して、２つのサブタスクの間の休止は許容される。 In the following description, scheduling terminology is adopted from computing systems. A power load corresponding to one use of a device is called a job. When submitting a job, the consumer 3 specifies the equipment and the final deadline that the job must end. The active device means job execution. Since each device has a different power profile, the realized power sharing system allocates power data to the job when submitting the job in which the device and its program are selected. Assume that the job power signature is given as an ordered array of subtasks specified by duration and power consumption. Each subtask corresponds to a different stage of equipment use, such as water heating or centrifugal dewatering. Each subtask is considered a non-preemptive (ie, uninterrupted) unit of job execution. In contrast, a pause between two subtasks is allowed.
各ジョブは、それが属する消費者３に関する情報も含むので、スケジューラは、スケジューリング決定を行う際に、消費者固有のデータを考慮することができる。例えば、以下で詳細に説明するように、本発明の実施形態によれば、特定の期間（例えば現在または過去の課金期間）にわたる消費者３ごとの再生可能エネルギー消費が、ジョブ実行順序に影響を及ぼす。また、設置されたＰＶシステム２における消費者３の持分や、過去に示された消費者３の期限のフレキシビリティに基づいて、消費者３を優先順位付けすることが可能である。 Since each job also includes information about the consumer 3 to which it belongs, the scheduler can take into account consumer specific data when making scheduling decisions. For example, as described in detail below, according to embodiments of the present invention, renewable energy consumption per consumer 3 over a specific period (eg, current or past billing period) affects job execution order. Effect. Moreover, it is possible to prioritize the consumers 3 based on the interests of the consumers 3 in the installed PV system 2 and the flexibility of the time limit of the consumers 3 shown in the past.
図２は、本発明の実施形態による電力共用システムにおいて、負荷分散の目的で実行されるスケジューリングの基本概念を例示する流れ図である。ジョブは、専用のインタフェース経由で消費者によってシステムに提出されることが可能である。ジョブ到着２０１の後、システムは、２０２で、ユーザがそのジョブに対して指定した期限を設定し、その期限を守ることを確実にする保証開始時刻を計算する。次に、２０３に示すように、システムは、ジョブの最初のサブタスクを開始するために、ローカルに発電された再生可能エネルギーが十分にあるかどうかを評価する。ローカルに発電された再生可能エネルギーが十分にない場合、２０４に示すように、ジョブは待機キュー４に追加される。そうでない場合、２０５に示すように、ジョブの最初のサブタスクが開始され、期限および期限の遵守を保証する開始時刻がそれに応じて調整される。 FIG. 2 is a flowchart illustrating a basic concept of scheduling executed for the purpose of load distribution in the power sharing system according to the embodiment of the present invention. Jobs can be submitted to the system by consumers via a dedicated interface. After job arrival 201, the system sets 202 a deadline specified by the user for the job and calculates a guarantee start time that ensures that the deadline is met. Next, as shown at 203, the system evaluates whether there is enough locally generated renewable energy to start the first subtask of the job. If there is not enough locally generated renewable energy, the job is added to the waiting queue 4 as shown at 204. Otherwise, as shown at 205, the first subtask of the job is started and the deadline and the start time that guarantees compliance with the deadline are adjusted accordingly.
サブタスクが終了した場合、または発電量が増大した場合、２０６に示すように、実行されるべき新たなサブタスクの選択のためにスケジューラが呼び出される。これについて、図３を参照してさらに詳細に説明する。 When the subtask is completed or the power generation amount is increased, the scheduler is called to select a new subtask to be executed as shown at 206. This will be described in more detail with reference to FIG.
図３は、本発明の実施形態による電力共用システムにおいて実行される優先制御スケジューリングの諸側面を例示する流れ図である。より詳細には、図３は、キュー４内に待機中のジョブを開始するのに十分な可能性のある利用可能資源の増大時に、次に実行されるべきジョブのサブタスクを選択するプロセスのために設けられる例示的なスケジューリングポリシーを示している。 FIG. 3 is a flow diagram illustrating aspects of priority control scheduling performed in a power sharing system according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 3 illustrates the process of selecting a job subtask to be executed next upon an increase in available resources that may be sufficient to initiate a waiting job in queue 4. 2 illustrates an exemplary scheduling policy provided in FIG.
例示した実施形態において、スケジューラが呼び出されると、スケジューラは、以下のアルゴリズムを用いて、どのジョブを起動するかを選択する。待機キュー４からジョブを選択するとき、それまでに実行されていない最初のサブタスクのみが起動のために考慮される。 In the illustrated embodiment, when the scheduler is invoked, the scheduler uses the following algorithm to select which job to launch. When selecting a job from the waiting queue 4, only the first subtask that has not been executed so far is considered for activation.
入力：待機キューＷＱからのジョブ、発電電力、消費電力、再生可能エネルギー使用に関する消費者ごとの履歴データ
begin
ComputeJobPriorities(WQ)
SortWQByPriorities(WQ)
ComputeAvailablePower(generation,consumption)
for all job J from sorted WQ do
if PowerRequested(J) ≦ AvailablePower then
StartNextSubtask(J)
ReduceAvailablePower(PowerRequested(J))
RemoveJobFromWQ(J)
UpdateDeadlineGuaranteeStartTime(J)
end if
end for
endInput: Historical data for each consumer regarding jobs, generated power, power consumption, and renewable energy usage from the standby queue WQ
begin
ComputeJobPriorities (WQ)
SortWQByPriorities (WQ)
ComputeAvailablePower (generation, consumption)
for all job J from sorted WQ do
if PowerRequested (J) ≤ AvailablePower then
StartNextSubtask (J)
ReduceAvailablePower (PowerRequested (J))
RemoveJobFromWQ (J)
UpdateDeadlineGuaranteeStartTime (J)
end if
end for
end
図３に例示したスケジューリング方式の実施形態は、入力として、現在のローカル発電電力およびアクティブ機器の消費電力（３０１）と、待機中のジョブ（３０２）と、過去の再生可能エネルギー使用に関する消費者ごとのデータ（３０３）を取得する。そして、３０４に示すように、ジョブに優先度が割り当てられ、優先度の降順でソートされる。優先度計算のプロセスについては以下で詳細に説明する。 The scheduling scheme embodiment illustrated in FIG. 3 includes, as inputs, current local generated power and active device power consumption (301), waiting jobs (302), and per consumer for past renewable energy usage. Data (303) is acquired. Then, as indicated by 304, priorities are assigned to the jobs, and the jobs are sorted in descending order of priority. The priority calculation process will be described in detail below.
３０５に示すように、スケジューラは、キュー内の各ジョブを開始することを試みる。ジョブの開始は、開始されるべきジョブにおける次のサブタスクの消費電力が利用可能電力以下である場合に可能である。利用可能電力は、現在の発電電力と消費電力の差と仮定される。ジョブが起動されると、まず、キュー内の他のジョブに対する利用可能電力を、いま開始されたサブタスクの消費電力だけ減少させる。次に、単一のジョブのサブタスクどうしを並列に実行することはできないので、そのジョブを待機キューから削除する。最後に、３０６に示すように、ジョブの期限を守ることを保証するジョブの開始時刻を更新する。スケジューラは、すべての期限を守るように、これらの時刻を追跡する。ジョブが、この時刻の前に終了するのに十分な資源が得られない場合、エネルギーが電力網から消費されることになるとしても、この時点において起動される。 As shown at 305, the scheduler attempts to start each job in the queue. The job can be started when the power consumption of the next subtask in the job to be started is equal to or lower than the available power. The available power is assumed to be the difference between the current generated power and the consumed power. When a job is activated, first, the available power for other jobs in the queue is reduced by the power consumption of the subtask that has just started. Next, since the subtasks of a single job cannot be executed in parallel, the job is deleted from the waiting queue. Finally, as shown at 306, the start time of the job that guarantees that the job deadline is observed is updated. The scheduler keeps track of these times to meet all deadlines. If the job does not have enough resources to finish before this time, it will be started at this point, even if energy will be consumed from the power grid.
最初のステップで、負荷分散の問題のみを考慮すると、ジョブ優先度の計算のための以下のスケジューリング機能（関数）を使用することが可能である。これは、ジョブ期限のみに依存する。
Pdeadline(J) = ExecutionRemainingTime(J)/DeadlineRemainingTime(J) （１）
ただし、ExecutionRemainingTime(J)は、未実行のジョブＪのサブタスク持続時間の総和であり、DeadlineRemainingTime(J)は、ジョブＪの期限までに残された時間である。一般に、より高い負荷分散能力を可能にするために、消費者はフレキシブルな期限を与えることを奨励されるべきである。Considering only the load balancing problem in the first step, it is possible to use the following scheduling function (function) for job priority calculation: This depends only on the job deadline.
Pdeadline (J) = ExecutionRemainingTime (J) / DeadlineRemainingTime (J) (1)
However, ExecutionRemainingTime (J) is the sum of the subtask durations of the unexecuted job J, and DeadlineRemainingTime (J) is the time left until the deadline of job J. In general, consumers should be encouraged to give flexible deadlines to allow for higher load balancing capabilities.
これまで説明したスケジューリング方式は、相異なる消費者を区別しない。機器の電力プロファイル以外には、ジョブ期限のみがスケジューリング順序に影響を及ぼす。フェアネス（公平性）を実現するため、本発明によれば、相異なる消費者のジョブ間の差別化が、消費者のエネルギー利用パターンに依存して導入される。具体的には、スケジューリングは、過去または現在の課金期間にわたる消費者ごとの再生可能エネルギー消費量、および／または、過去に示されたユーザ期限のフレキシビリティのような他の消費者固有のパラメータによって影響される可能性がある。 The scheduling scheme described so far does not distinguish between different consumers. Other than the device power profile, only the job deadline affects the scheduling order. In order to achieve fairness, according to the invention, differentiation between different consumer jobs is introduced depending on the consumer energy usage pattern. Specifically, scheduling may depend on consumer-specific renewable energy consumption over the past or current billing period and / or other consumer-specific parameters such as past user flexibility indicated. May be affected.
簡単のため、例示した実施形態においては、すべての参加消費者が、それぞれローカルエネルギー生成システムにおいて等しい持分を有すると仮定する。また、例示した実施形態において、ユーザ優先度は、現在の課金期間にわたる再生可能エネルギーの過去の消費量に依存して計算される。課金期間は、１年、１か月あるいは１週間に設定することが可能である。各課金期間後、次の課金期間の最初に、再生可能エネルギーのカウンタがゼロに設定される。フェアネス主導のスケジューリング方式は、以下のジョブ優先度を計算することが可能である。
Priority(J) = Pdeadline(J) × Pfair(J) （２）
ただし、Pdeadline(J)は上記の単純分散方式で使用された優先度関数（式（１）を参照）であり、Pfair(J)は次のように定義される。
Pfair(J) = 1/[1 + UserRenewableConsumption(J)] （３）
ただし、UserRenewableConsumption(J)は、ジョブＪを提出した消費者の再生可能エネルギー消費量を表す。こうして、現在の課金期間にわたって消費したエネルギーの多い消費者ほど、優先度は低くなる。このように、本発明の実施形態におけるフェアネスは、ユーザの快適性において重要な役割を有する。ローカルに発電されるエネルギーに対してほどほどの分け前を要求する消費者が、より高負荷の消費者によって不利にされるべきではない。このことは、より多くの負荷を提出するユーザほど待機時間が大きいことに反映される。また、このようにして、ユーザはスケジューリングにおいてフェアネスが考慮されることを知っているので、緩い期限によって協力するように動機づけられる。For simplicity, the illustrated embodiment assumes that all participating consumers each have an equal interest in the local energy generation system. Also, in the illustrated embodiment, the user priority is calculated depending on the past consumption of renewable energy over the current billing period. The billing period can be set to one year, one month, or one week. After each billing period, at the beginning of the next billing period, the renewable energy counter is set to zero. The fairness-driven scheduling scheme can calculate the following job priorities:
Priority (J) = Pdeadline (J) x Pfair (J) (2)
However, Pdeadline (J) is a priority function (see Formula (1)) used in the above simple distribution method, and Pfair (J) is defined as follows.
Pfair (J) = 1 / [1 + UserRenewableConsumption (J)] (3)
However, UserRenewableConsumption (J) represents the renewable energy consumption of the consumer who submitted the job J. Thus, a consumer with more energy consumed over the current billing period has a lower priority. Thus, fairness in embodiments of the present invention plays an important role in user comfort. Consumers who require a modest share of locally generated energy should not be penalized by higher load consumers. This is reflected in the fact that the user who submits more load has a longer waiting time. Also, in this way, the user knows that fairness is taken into account in scheduling and is therefore motivated to cooperate with a loose deadline.
図４〜図７は、負荷タスク、量および時間における相異なる負荷要求を有する５人の消費者という設定に対する本発明の実施形態によるスケジューリング方式のシミュレーション結果に関する。この例では、生成される太陽エネルギー（例えば、当事者Ｎ人の住居用建物上の共同太陽電池パネル）ができるだけすべてのユーザ間で等分配されるようなビジネスモデルを仮定する。絶対的な共用ルール以外に、マイクログリッドに対する典型的な電力網における負荷スケジューリングの目標は、負荷の損失を避けることである。電力網に接続される場合、非ＲＥＳエネルギーの流入およびローカル生成ＲＥＳエネルギーの電力網への流出の削減が主要な目的である。 4-7 relate to the simulation results of the scheduling scheme according to an embodiment of the present invention for a setting of 5 consumers with different load requirements in load task, quantity and time. In this example, a business model is assumed in which the generated solar energy (eg, a joint solar panel on a residential building of N parties) is equally distributed among all users as much as possible. Besides absolute sharing rules, the goal of load scheduling in a typical power grid for a microgrid is to avoid load loss. When connected to the power grid, the main objective is to reduce the inflow of non-RES energy and the outflow of locally generated RES energy to the power network.
シミュレーションの設定は以下の通りである。
・ユーザ数：５
・ジョブあたりのタスク数：１
・ジョブ持続時間：５〜１５分
・ジョブ消費電力：１００〜６００Ｗ
・平均遊休時間（期限までの時間とジョブ持続時間の差）：１００分
・シミュレーション時間：１０時間The simulation settings are as follows.
-Number of users: 5
-Number of tasks per job: 1
-Job duration: 5-15 minutes-Job power consumption: 100-600W
・ Average idle time (difference between time until deadline and job duration): 100 minutes ・ Simulation time: 10 hours
図４は、スケジューリングメカニズムを適用していない場合、すなわち、負荷シフトを導入していない場合の、ベースライン負荷（破線）と比較した太陽光発電量（実線）を例示している。容易にわかるように、太陽エネルギー利用効率はかなり低い。これは、２本の曲線の間のずれが大きいことによって表されている。例えば、早い時間（特に０〜１５０分）において、太陽光発電は実際の負荷よりも非常に遅れている。この超過需要を満たすため、エネルギーは電力網から取得されなければならない。 FIG. 4 illustrates the amount of photovoltaic power generation (solid line) compared to the baseline load (dashed line) when the scheduling mechanism is not applied, that is, when no load shift is introduced. As can be easily seen, solar energy utilization efficiency is quite low. This is represented by the large deviation between the two curves. For example, in an early time (especially 0 to 150 minutes), the photovoltaic power generation is much delayed from the actual load. To meet this excess demand, energy must be obtained from the power grid.
図５および図６は、上記のフェアネス主導構成を設けた場合（図６）あるいは設けない場合（図５）に、負荷分散を適用したときのベースライン負荷（破線）と比較した太陽光発電量（実線）を例示している。いずれの場合も、図４と比較して、２本の曲線ははるかに良好な一致を示している。これは、ローカルエネルギー利用率が大幅に改善されたことを表している。図７からわかるように、いずれの場合も、太陽光／電力網のエネルギー比は、全体でもユーザごとでも非常に類似している。 5 and 6 show the amount of photovoltaic power generation compared with the baseline load (dashed line) when load balancing is applied when the fairness-driven configuration is provided (FIG. 6) or not (FIG. 5). (Solid line) is illustrated. In either case, the two curves show a much better match compared to FIG. This represents a significant improvement in local energy utilization. As can be seen from FIG. 7, in any case, the energy ratio of the solar / power network is very similar for the whole and for each user.
フェアネス主導のスケジューリングポリシーを適用した場合、図７から得られるユーザの相異なる利用パターンは、相異なるユーザのスケジューリングされた負荷の相異なる待機時間に自動的に反映される。図８からわかるように、高負荷の需要者（例えばユーザ１）は、低負荷の需要者に対して、待機時間のフレキシビリティが高くなることによって不利になるが、依然として、要求されるエネルギーは必要に応じて確実に配分される。 When the fairness-driven scheduling policy is applied, the different usage patterns of the users obtained from FIG. 7 are automatically reflected in the different waiting times of the scheduled loads of the different users. As can be seen from FIG. 8, a high load consumer (eg, user 1) is disadvantaged by a high standby time flexibility for a low load consumer, but the required energy is still Securely allocated as needed.
上記の説明および添付図面の記載に基づいて、当業者は本発明の多くの変形例および他の実施形態に想到し得るであろう。したがって、本発明は、開示した具体的実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態も、添付の特許請求の範囲内に含まれるものと解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは総称的・説明的意味でのみ用いられており、限定を目的としたものではない。 Based on the above description and accompanying drawings, those skilled in the art will be able to conceive of many variations and other embodiments of the present invention. Accordingly, the invention is not limited to the specific embodiments disclosed, but variations and other embodiments should be construed within the scope of the appended claims. Although specific terms are used herein, they are used in a generic and descriptive sense only and are not intended to be limiting.
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