研究の概要

EVの普及とヒートポンプによる暖房電化が進む中、配電系統への負荷集中と電圧変動が新たな課題となっている。これらを個別に管理するのではなく、EV充電・ヒートポンプ・太陽光発電を統合的に最適化する「熱電共同最適化フレームワーク」を提案した。

提案システムは、熱的建物モデル（3R2C）とネットワーク制約付き最適潮流（OPF）を統合し、2次錐計画（SOCP）緩和によって計算効率を担保している。DistFlow・バスインジェクション・ブランチフロー最適化の3種の凸計画定式化を比較検討し、実ネットワーク条件下での精度と速度を評価した。

主な発見・成果

  • 変圧器劣化41%削減：EV・HP・PVの協調スケジューリングにより変圧器への負荷集中を大幅緩和
  • 系統損失54%削減：統合最適化により送電ロスを半分以下に
  • 電圧違反ゼロ：全ての電圧制約を満足
  • DistFlow定式化でサブ秒の計算時間を実現し、リアルタイム制御への実装可能性を確認
  • 理論的条件が成立しないネットワーク構成でもSOCP緩和が実用上は正確に機能することを実証

実務への応用

電力会社・配電網運用者・エネルギーサービス企業（ESCO）にとって、本研究は電化の進展に伴う配電インフラへの負荷増大を管理するための制御アーキテクチャを提供する。大規模な配電系統増強投資なしにEV・HPの大量導入を実現するためのDSM（需要側管理）システム設計に直接活用できる。工場・産業施設・スマートシティプロジェクトでのEV充電インフラ計画にも応用可能。