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特開2023-154138発電出力上限値設定装置および発電出力上限値設定方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023154138
(43)【公開日】2023-10-19
(54)【発明の名称】発電出力上限値設定装置および発電出力上限値設定方法
(51)【国際特許分類】
   G06Q 50/06 20120101AFI20231012BHJP
   H02J 3/38 20060101ALI20231012BHJP
   H02J 3/00 20060101ALI20231012BHJP
【FI】
G06Q50/06
H02J3/38 120
H02J3/00 170
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022063237
(22)【出願日】2022-04-06
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-09-13
(71)【出願人】
【識別番号】000233044
【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】紺谷 怜央
(72)【発明者】
【氏名】田中 和英
【テーマコード(参考)】
5G066
5L049
【Fターム(参考)】
5G066HB02
5G066HB06
5L049CC06
(57)【要約】
【課題】変動性再生可能エネルギー発電設備において、ある時間帯の計画発電電力量と実績発電電力量を近づけ、インバランスを低減するための、発電出力上限値設定装置を提供する。
【解決手段】発電出力上限値設定装置100は、変動性再生可能エネルギー発電設備200の発電出力上限値を設定する発電出力上限値設定装置であって、発電出力上限値設定装置100は、変動性再生可能エネルギー発電設備200からの実績発電出力が取得できた場合、および実績発電出力が取得できなかった場合に応じて、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値の算出方法を選択する算出部30を備える。算出部30は、変動性再生可能エネルギー発電設備200からの実績発電出力が取得できた場合に、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値を、時間帯の計画発電電力量と、時間帯の前記時刻までの実績発電電力量と、に基づいて算出する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力上限値を設定する発電出力上限値設定装置であって、
前記発電出力上限値設定装置は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できた場合、および前記実績発電出力が取得できなかった場合に応じて、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値の算出方法を選択する算出部を備える
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項2】
請求項1に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記算出部は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できた場合に、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値を、前記時間帯の計画発電電力量と、前記時間帯の前記時刻までの実績発電電力量と、に基づいて算出する
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項3】
請求項2に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記算出部は、前記計画発電電力量と前記実績発電電力量の差分を、前記時間帯の終端時刻までの時間で除して算出した前記発電出力上限値を、制御周期ごとに算出する
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項4】
請求項2に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記算出部は、前記計画発電電力量と前記実績発電電力量との差分を、制御周期で除して算出した前記発電出力上限値を、前記制御周期ごとに算出する
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項5】
請求項1に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記算出部は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できなかった場合に、前記時間帯の計画発電電力量を前記時間帯の長さで除した値を、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値として算出する
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項6】
請求項2又は5に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記計画発電電力量は、前記時間帯における、前記変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力を、複数の予測モデルに基づいて算出し、前記複数の予測モデルの予測結果の優先順位を評価し、前記評価に基づいて設定された値である
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項7】
請求項2又は5に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記発電出力上限値設定装置は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備が複数ある場合に、前記複数の変動性再生可能エネルギー発電設備の全体の計画発電電力量を、前記変動性再生可能エネルギー発電設備の各々の予測発電出力の比で配分した値とする
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項8】
請求項2又は5に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記発電出力上限値設定装置は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備が複数ある場合に、前記複数の変動性再生可能エネルギー発電設備の全体の計画発電電力量を、前記変動性再生可能エネルギー発電設備の定格出力の比で配分した値とする
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項9】
変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力上限値を設定する発電出力上限値設定装置の発電出力上限値設定方法であって、
前記発電出力上限値設定装置は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できた場合、および前記実績発電出力が取得できなかった場合に応じて、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値の算出方法を選択する
ことを特徴とする発電出力上限値設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力上限値設定装置および発電出力上限値設定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、温室効果ガスの排出量と吸収量を均衡させるカーボン・ニュートラルが注目されている。カーボン・ニュートラル実現のため、発電部門では、太陽光発電や風力発電をはじめとする変動性再生可能エネルギー発電設備が注目されている。
【0003】
変動性再生可能エネルギー発電設備の発電電力量の買い取り方式として、2022年度からフィード・イン・プレミアム制度(FIP)の施行が予定されている。FIPでは、変動性再生可能エネルギー発電設備の発電事業者は、所定の時間帯における発電電力量を計画し、当該時間帯の計画発電電力量と実績発電電力量が一致するように、変動性再生可能エネルギー発電設備を制御する。計画発電電力量と実績発電電力量が一致しない場合、発電事業者は、計画発電電力量と実績発電電力量の差分であるインバランスを金銭的に精算する。
【0004】
ここで、ある時間帯における発電電力量を計画する方法には、例えば特許文献1がある。特許文献1は、時間前市場の市場価格変動を模擬し、得られた価格変動を用いて取引計画を作成できる電力時間前市場取引装置および方法を開示しており、発電プラントの収益機会の拡大を図っている。
【0005】
また、特許文献2では、蒸気発電装置、電力負荷、太陽光発電装置、およびガスタービン発電装置を含む発電プラント電力供給システムから送配電網へ単位時間に送電する電力量である送電電力量に対し、単位時間毎の送電電力量の計画値を取得し、計画値に基づいて送電電力量の許容範囲を算出し、送配電網に接続される電力計測装置の計測結果を取得し、計測結果に基づいて、単位時間毎の送電電力量の実績値を算出し、実績値に基づいて、送電電力量の予測値を算出し、予測値が許容範囲内であるという送電電力量条件の下で、発電機の供給電力を変化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2020-184246号公報
【特許文献2】特開2020-043757号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1は、ある時間帯における計画発電電力量の設定方法を開示しているが、当該時間帯の各時刻における発電出力を設定する方法を十分には考慮できていない。変動性再生可能エネルギー発電設備の場合、指令した発電出力と、実際に得られる発電出力は、気象条件によって異なる。結果として、インバランスが生じる場合がある。
【0008】
特許文献2は、変動性再生可能エネルギー発電設備(とくに太陽光発電装置)と他の電源を含む発電プラント電力供給システムにおける供給電力を変化させる方法を開示している。とくに、余剰時に蒸気発電機関の発電出力を抑制し、不足時に別の発電機関(とくにガスタービン発電装置)で発電出力を補填する方法を特徴としている。しかし、他の電源を含まず変動性再生可能エネルギー発電設備単独の電力供給システムにおける電力調整方法は開示されていない。また、他の電源の発電出力を抑制しても抑制量が足りない場合、変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力を抑制する方法が挙げられている。しかし、抑制量の算定フローは明示されておらず、変動性再生可能エネルギー発電設備に送出するべき指令値を設定できない。
【0009】
そこで本発明では、変動性再生可能エネルギー発電設備において、ある時間帯の計画発電電力量と実績発電電力量を近づけ、インバランスを低減するための、発電出力上限値設定装置および発電出力上限値設定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記目的を達成するため、本発明の発電出力上限値設定装置は、変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力上限値を設定する発電出力上限値設定装置であって、前記発電出力上限値設定装置は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できた場合、および前記実績発電出力が取得できなかった場合に応じて、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値の算出方法を選択する算出部を備えることを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、変動性再生可能エネルギー発電設備において、ある時間帯の計画発電電力量と実績発電電力量を近づけ、インバランスを低減するための、発電出力上限値の設定装置および発電出力上限値設定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】発電出力上限値設定装置の全体構成を示す図である。
図2】ある時間帯における発電出力上限値の算出フローを示す図である。
図3】発電事業者が計画発電電力量を設定する際の発電出力を予測するフローを示す図である。
図4】発電出力上限値を算出する方法を比較するグラフである。
図5】発電出力上限値を算出する方法のうち、方法3の概念図である。
図6】発電出力上限値を算出する方法のうち、方法5の概念図である。
図7】方法1に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。
図8】方法2に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。
図9】方法3に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。
図10】方法4に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。
図11】方法5に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。
図12】制御周期が10秒の場合のインバランスを比較するグラフである。
図13】制御周期が10分の場合のインバランスを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
(全体構成)
図1は、発電出力上限値設定装置100の全体構成を示す図である。発電出力上限値設定装置100は、変動性再生可能エネルギー発電設備200の発電出力上限値を設定する。発電出力上限値設定装置100は、インターフェース10(I/F)、記憶部20、算出部30、通信部40を備える。インターフェース10は、ディスプレイ、キーボード、マウス、タッチパネル、を含む。通信部40は、変動性再生可能エネルギー発電設備200や発電事業者300と、ネットワークNWを介して通信する。なお、図1は、記憶部20や算出部30が発電出力上限値装置の一部であるように描いているが、記憶部20や算出部30を発電出力上限値装置外部のサーバー内に設け、通信部40を介してデータを授受するように実装してもよい。
【0014】
算出部30は、変動性再生可能エネルギー発電設備200からの実績発電出力が取得できた場合、および実績発電出力が取得できなかった場合に応じて、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値の算出方法を選択する機能を有する。算出部30は、後記する定格出力制御31(方法1)、時間帯制御32(方法2)、残時間制御33(方法3)、実績計画比較制御(方法4)、制御周期制御35(方法5)の手法を適宜選択することができる。
【0015】
変動性再生可能エネルギー発電設備200は、発電出力制御部を備え、発電出力上限値設定装置100から送出された値を発電出力上限値とする。なお、変動性再生可能エネルギー発電設備200では、発電出力を設定しても、実際に得られる発電出力は気象条件によって異なる。例えば、風力発電設備の場合、風速が不十分であれば、実際に得られる発電出力は、設定した発電出力を下回る。計画発電電力量と実績発電電力量を近づけ、インバランスを低減するためには、発電出力ではなく発電出力上限値を設定するほうが好ましい。
【0016】
変動性再生可能エネルギー発電として、例えば太陽光発電や風力発電が挙げられる。太陽光発電は、太陽光パネルによって光エネルギーを電気エネルギーに変換し、インバータで発電出力制御する発電方式である。主として、太陽光パネルにあたる日射量によって、発電出力が変動する。風力発電は、風力エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方式である。翼(ブレード)で風を受けてタービンを回転させ、インバータやピッチ(ブレードの角度)で発電出力制御する。主として、ブレードが受ける風速によって、発電出力が変動する。
【0017】
なお、図1は、一つの発電出力上限値設定装置100が、一つの変動性再生可能エネルギー発電設備200と紐付いているように描いているが、一つの発電出力上限値設定装置100が、複数の変動性再生可能エネルギー発電設備200と紐付いていてもよい。
【0018】
<<第1実施形態>>
(全体処理)
図2は、ある時間帯における発電出力上限値の算出フローS200を示す図である。図2の算出フローS200は、基本的に算出部30が実行する。まず、時間帯の開始時刻を検知し、初期化して処理を開始する(処理S201)。時間帯の開始時刻は、例えば、日本卸電力取引所の時間帯と合わせ、毎時0分又は毎時30分とする実装が挙げられる。
【0019】
次に、算出部30は、当該時間帯の計画発電電力量(kWh)を、通信部40により発電事業者300(図1参照)から取得する(処理S202)。発電事業者300による計画発電電力量の設定方法は後述する。
【0020】
次に、当該時間帯の制御時間Δtごとに(処理S203)、発電出力上限値(kW)を算出し(処理S207)、変動性再生可能エネルギー発電設備200に送出する(処理S209)。
【0021】
具体的には、通信部40で実績発電出力(kW)を変動性再生可能エネルギー発電設備200から取得する(処理S204)。実績発電出力を時刻とともに記憶部20に保存する(処理S205)。当該時間帯の当該時刻までの実績発電出力を記憶部20から読み出し、累積することで、実績発電電力量(kWh)を算出する(処理S206)。計画発電電力量と実績発電電力量に基づいて発電出力上限値を算出する(処理S207)。発電出力上限値の算出方法は後述する。計画発電電力量、実績発電電力量、発電出力上限値を、時刻とともに、記憶部20に保存する(処理S208)。算出した発電出力上限値を、通信部40で変動性再生可能エネルギー発電設備200に送出する(処理S209)。算出部30は、当該時間帯の終了か否かを判定し(処理S210)、当該時間帯の終了でなければ(処理S210,No)、処理S203に戻り、当該時間帯の終了であれば(処理S210,Yes)、一連の処理を終了し、次の時間帯に移行する。当該時間帯の長さは、例えば、日本卸電力取引所の時間帯と合わせ、30分間とする実装が挙げられる。
【0022】
発電出力上限値を変動性再生可能エネルギー発電設備200に送出する際、発電出力上限値が0以上、所定の最大出力以下となるように処理すると好ましい。すなわち、算出された発電出力上限値が0を下回る場合は0に置換し、最大出力を超える場合は最大出力に置換する。なお、最大出力は、変動性再生可能エネルギー発電設備200の定格出力以下であり、縮退運転している場合は縮退運転時に発電できる最大出力以下であり、変動性再生可能エネルギー発電設備200が電力系統に送電することを認可されている容量以下の値である。
【0023】
(発電事業者300による計画発電電力量の設定方法)
ある時間帯の計画発電電力量は、当該時間帯が開始する前に、発電事業者300(図1参照)が設定する。日本卸電力取引所で売電する場合、発電事業者300は、各時間帯の発電出力を予測し、予測した発電出力に基づいて入札し、落札できた発電電力量を、当該時間帯の計画発電電力量とする。また、相対契約によって需要家に電力供給する場合、発電事業者300は、各時間帯の発電出力を予測し、予測した発電出力に基づいて需要家に供給する電力量を設定し、需要家に供給する電力量を当該時間帯の計画発電電力量とする。
【0024】
図3は、発電事業者300が計画発電電力量を設定する際の発電出力を予測する予測フローS300を示す図である。まず、発電事業者300は当該時間帯の気象予報を取得する(処理S301)。気象予報は、日射量、気温、降雪量、風速、気圧、を含む。
【0025】
次に、物理的予測モデルと統計的予測モデルに基づいて、当該時間帯の発電出力を予測する(処理S302)。物理的予測モデルは、気象予報と発電出力の関係式である。
【0026】
太陽光発電の場合、気象予報のうち日射量と、発電出力の関係式である。太陽光パネルはパネル温度が低いほど発電効率が良くなるため、気温が低く、風速が大きいとき、発電出力が大きくなるような係数を関係式に設けてもよい。また、太陽光パネルは積雪によって発電が妨げられるので、降雪量が多いとき、発電出力が小さくなるような係数を関係式に設けてもよい。
【0027】
風力発電の場合、気象予報のうち風速と、発電出力の関係式である。同じ風速でも、空気密度が大きいほど風力エネルギーは大きくなるので、気温と気圧から空気密度を算出して、空気密度が大きいほど発電出力が大きくなるような係数を関係式に設けてもよい。
【0028】
統計的予測モデルは、発電出力を目的変数とする回帰式である。統計的予測モデルの説明変数には、例えば以下が挙げられる。
気象予報を表す項:太陽光発電の場合、気象予報のうち日射量を含む。風力発電の場合、気象予報のうち風速を含む。気象予報の値そのものだけではなく、高次項や交差項(複数の説明変数の積)を含んでもよい。例えば風力発電の場合、風力エネルギーは風速の3乗に比例することを考慮し、三次項を含むと好ましい。
【0029】
時刻や暦を表す項:太陽光発電の場合、夜間の発電出力が0(kW)となることを考慮し、時刻を表す項を含むと好ましい。風力発電の場合、季節風を考慮し、暦を表す項を含むと好ましい。時刻や暦は、値そのものを設計変数としてもよく、ダミー変数や三角関数に変換した値を設計変数としてもよい。
【0030】
なお、ダミー変数とは、該当する場合は1、該当しない場合は0を取る変数であり、例えば12時を表すダミー変数の場合、予測対象時刻が12時であれば1、12時でなければ0を取る。時刻は24時間を周期とする三角関数で表現でき、暦は365日を周期とする三角関数で表現できる。
【0031】
統計的予測モデルの回帰係数を算出するアルゴリズムとして、例えば線形回帰や回帰木(説明変数を条件分岐する決定木を用いた回帰手法)が挙げられる。
【0032】
次に、複数の予測モデルで予測した発電出力の優先順位を評価する(処理S303)。評価項目は、例えば以下が挙げられる。
【0033】
評価項目1:当該時間帯の気象予報と、統計的予測モデルの回帰係数を算出した際の気象予報と、が類似しない場合、予測モデルのうち物理的予測モデルを重視する。前述のとおり統計的予測モデルは回帰式に基づくが、外挿の精度は、内挿の精度と比較すると低い場合がある。当該時間帯の気象予報と、統計的予測モデルの回帰係数を算出した際の気象予報と、が類似しない場合、外挿と解釈できるため、統計的予測モデルの精度は低い可能性がある。統計的予測モデルの回帰係数を算出した際の気象予報の範囲に、当該時間帯の気象予報が含まれるか調べることで、類似しているか判別する。例えば、統計的予測モデルの回帰係数を算出した際の風速が0から10(m/s)であり、当該時間帯の風速が15(m/s)と予報された場合、類似していない、と判別する。
【0034】
評価項目2:運転開始や部品交換した日からの経過日数が長いほど、予測モデルのうち統計的予測モデルを重視する。前述のとおり物理的予測モデルでは各種係数を設定するが、経年劣化や摩耗により、当てはまらなくなる場合がある。再生可能エネルギー発電設備を構成する部品は屋外に設置されるものも多い。例えば太陽光発電の場合、太陽光パネルの汚損による、発電電力量の減少を考慮する必要がある。
【0035】
最後に、複数の予測モデルで予測した発電出力と、それぞれの評価結果と、に基づいて、発電出力を一つの値に設定する(処理S304)。発電出力を一つに定める方法には、評価結果のうち最も評価が高い発電出力を採用する方法や、評価結果に応じて重み付けした加重平均値を採用する方法が挙げられる。
【0036】
(発電出力上限値の算出方法)
図4は、発電出力上限値を算出する方法を比較するグラフである。定格出力が1,990kWの風力発電設備を対象とし、同じ抑制前発電出力(kW)に対して、異なる方法で発電出力上限値(kW)を算出している様子である。各方法は、図1に示した定格出力制御31(方法1)、時間帯制御32(方法2)、残時間制御33(方法3)、実績計画比較制御(方法4)、制御周期制御35(方法5)による。
【0037】
グラフは6つあり、上から順に、抑制前発電出力、方法1で算出した発電出力上限値、方法2で算出した発電出力上限値、方法3で算出した発電出力上限値、方法4で算出した発電出力上限値、方法5で算出した発電出力上限値、である。横軸は共通であり、ある日の9:00-15:00である。時間帯の長さは30分間である。
【0038】
図4のとおり、5つの方法ごとに異なる発電出力上限値が得られる。
抑制前発電出力:発電出力上限値を適用する前の発電出力である。例えば風力発電の場合、風力発電設備のナセル上の風速計と、風速と発電出力の関係式であるパワーカーブと、に基づいて、抑制前発電出力を推定できる。
【0039】
方法1:変動性再生可能エネルギー発電設備200の定格出力を発電出力上限値とする方法(定格出力制御31の方法)である。図4では、定格出力の1,990kWで一定である。
【0040】
方法2:各時間帯の計画発電電力量(kWh)を、当該時間帯の長さで除した値を、発電出力上限値とする方法(時間帯制御32の方法)である。当該時間帯の長さは、図4では0.5(時間)である。
【0041】
方法3:計画発電電力量と実績発電電力量の差分を、当該時間帯の終端時刻までの時間で除した値を、発電出力上限値とする方法(残時間制御33の方法)である。
【0042】
図5は、発電出力上限値を算出する方法のうち、方法3の概念図である。ある時間帯において、発電出力上限値を算出する様子を示す。図5は、六つのグラフ(グラフ511,521,531,512,522,532)から構成される。上段の三つ(グラフ511,521,531)は発電出力(kW)である。実線は実績発電出力であり、破線は抑制前発電出力である。下段の三つ(グラフ512,522,532)は発電電力量(kWh)である。実線は実績発電電力量であり、破線は計画発電電力量である。実績発電電力量は、当該時間帯における実績発電出力の累積値である。計画発電電力量は、当該時間帯が開始する前に設定されている。当該時間帯の終端時刻をTeとする。
【0043】
変動性再生可能エネルギー発電設備200の制御周期をΔtとする。制御周期Δtは、変動性再生可能エネルギー発電設備200が計測に要する時間、変動性再生可能エネルギー発電設備200と発電出力上限値設定装置100の通信に要する時間、発電出力上限値設定装置100の演算に要する時間、を含む。
【0044】
まず、左列の二つのグラフ(グラフ511,512)のとおり、当該時間帯の時刻Tにおいて、計画発電電力量と実績発電電力量の差分がDであったとする。このとき時刻Tで送出される発電出力上限値は、DをTe?Tで除した値とする。
【0045】
次に、中列の二つのグラフ(グラフ521,522)のとおり、時刻Tにおいて、計画発電電力量と実績発電電力量の差分がDであったとする。時刻Tは、時刻TからΔt経過した時刻である。このとき、時刻Tで送出される発電出力上限値は、DをTe?Tで除した値とする。当該時間帯の終端の時刻Teまで同様に発電出力上限値を算出していく。
【0046】
方法4:実績発電電力量が計画発電電力量を下回る時は定格出力を発電出力上限値とし、実績発電電力量が計画発電電力量を上回る時は0(kW)を発電出力上限値とする方法(実績計画比較制御34の方法)である。定格出力は、図4では1,990(kW)である。
【0047】
方法5:計画発電電力量と実績発電電力量の差分を、制御周期Δtで除した値を、発電出力上限値とする方法(制御周期制御35の方法)である。
【0048】
図6は、発電出力上限値を算出する方法のうち、方法5の概念図である。ある時間帯において、発電出力上限値を算出する様子を示す。図6は、六つのグラフ(グラフ611,621,631,612,622,632)から構成される。上段の三つ(グラフ611,621,631)は発電出力(kW)である。実線は実績発電出力であり、破線は抑制前発電出力である。下段の三つ(グラフ612,622,632)は発電電力量(kWh)である。実線は実績発電電力量であり、破線は計画発電電力量である。
【0049】
まず、左列の二つのグラフ(グラフ611,612)のとおり、時刻Tにおいて、計画発電電力量と実績発電電力量の差分がDであったとする。時刻Tで送出される発電出力上限値は、DをΔtで除した値とする。図6では、Dが十分に大きく、D/Δtが定格出力よりも大きかった例を示す。
【0050】
次に、中列の二つのグラフ(グラフ621,622)のとおり、時刻Tにおいて、計画発電電力量と実績発電電力量の差分がDであったとする。時刻Tは、時刻TからΔt経過した時刻である。時刻Tで送出される発電出力上限値は、DをΔtで除した値とする。図6では、Dが十分に小さく、D/Δtが定格出力よりも小さかった例を示す。当該時間帯の終端まで同様に発電出力上限値を算出していく。
【0051】
なお、方法4と方法5で得られるグラフは類似する。ただし、本実施形態の場合、方法4で得られる発電出力上限値は定格出力1,990(kW)と0(kW)の2種類であり、方法5で得られる発電出力上限値は定格出力1,990(kW)から0(kW)までの間であり、異なる。
【0052】
(発電出力上限値の算出結果)
図7図11は、それぞれ、方法1~5に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。図7図11は、三つのグラフから構成される。上段は、抑制後発電出力(kW)、すなわち、抑制前発電出力と発電出力上限値の小さいほうの値である。図4の最上段の抑制前発電出力と比較して、実績発電出力が低くなっている時刻が、発電出力抑制が効いている時刻である。
【0053】
中段は、発電電力量(kWh)である。実線は実績発電電力量であり、破線は計画発電電力量である。本実施形態では発電のみ考慮するため、実績発電電力量は、各時間帯で単調増加する。当該時間帯の終端の発電電力量と、当該時間帯の計画発電電力量が、近いほど好ましい。
【0054】
下段は、インバランス、すなわち、各時間帯の終端時刻において実績発電電力量から計画発電電力量を引いた値である。便宜的に、余剰インバランスを正値、不足インバランスを負値で図示する。0に近いほうが好ましい。
横軸は共通であり、ある日の9:00-15:00である。時間帯の長さは30分間である。制御周期Δtはいずれも10秒である。
【0055】
図7は、方法1(定格出力制御31)に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。例えば10:30から11:00の時間帯に注目する。実績発電電力量が計画発電電力量488(kWh)を超えた後も発電し続け、余剰インバランスが201(kWh)発生する。
【0056】
図8は、方法2(時間帯制御32)に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。例えば10:30から11:00の時間帯に注目する。計画発電電力量488(kWh)であり、時間帯の長さが0.5(時間)のため、発電出力上限値は976(kW)(=488÷0.5)である。図7と異なり、当該時間帯に余剰インバランスは発生しない。
【0057】
一方で、図7よりも、不足インバランスが生じやすい。とくに当該時間帯で、抑制前発電出力が増減する場合、不足インバランスが生じやすい。例えば11:30-12:00に注目する。抑制前発電出力は、当該時間帯の後半で、定格出力1,990(kW)まで増加する。一方で、抑制後発電出力は、発電出力上限値である1,818(kW)であり、不足インバランスは70(kWh)である。
【0058】
図9は、方法3(残時間制御33)に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。例えば11:30-12:00の後半に注目する。当該時間帯の終端時刻が迫る中、実績発電電力量が計画発電電力量よりも低いので、発電出力上限値は増加する。結果として、図8よりも不足インバランスが少なく、例えば11:30-12:00の不足インバランスは45(kWh)に低減する。
【0059】
図10は、方法4(実績計画比較制御34)に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。方法3と異なり、方法4では、時間帯の終盤に発電出力抑制が生じやすい。なお、制御遅れがあるので、発電出力上限値が0(kW)になっても、瞬時に実績発電出力が0(kW)にはならない。
【0060】
図11は、方法5(制御周期制御35)に基づいて発電出力上限値を算出した場合のグラフである。方法5は、方法4と同様に、実績発電電力量が計画発電電力量に近づくまでは発電出力抑制はかからず、時間帯の序盤は発電出力抑制されない。時間帯の終盤で、実績発電電力量と計画発電電力量が近づくと、発電出力抑制されるようになる。なお、制御周期Δtが10秒の場合、図10とほぼ同じ値であるが、図11のほうが0に近い値を取る。例えば、10:30-11:00の余剰インバランスは、図10では22(kWh)であり、図11では20(kWh)である。
【0061】
図12は、制御周期Δtが10秒の場合のインバランスを比較するグラフである。図7図11と同じ日の9:00-15:00を対象としている。方法1は、余剰インバランスが大きく、不足インバランスは小さい。方法2と方法3は、余剰インバランスはほぼゼロであり、不足インバランスが大きい。方法4と方法5は、余剰インバランスと不足インバランスともに生じる。インバランスの大きさ(=余剰インバランスの大きさ+不足インバランスの大きさ)を比較すると、方法1が最も大きく、方法2が次いで大きく、方法3、方法4、方法5が同程度である。
【0062】
図13は、制御周期Δtが10分の場合のインバランスを比較するグラフである。方法1、2、3、5に関しては、余剰インバランスや不足インバランスの構成は変化しない、方法4に関しては、余剰インバランスが増加し、方法1と同程度となる。制御周期Δtが粗い場合、実績発電電力量が計画発電電力量を超えても、発電出力上限値を変更するタイミングがないため、発電出力抑制できず、余剰インバランスが生じやすい。
【0063】
(発電出力上限値の算出方法の使い分け)
発電出力上限値の算出結果に基づくと、発電出力上限値の算出方法は使い分けると好ましい。なお、ある時間帯に適用される算出方法は、使用者がインターフェース10によって設定してもよく、以下の条件分岐で自動的に設定されるようにしてもよい。
【0064】
まず、通信部40は、変動性再生可能エネルギー発電設備200からの実績発電出力の取得可否を判定する。取得できないと判定する条件として、計測機器故障や通信途絶を検知した場合が挙げられる。また、実績発電出力を取得できても、取得した実績発電出力が異常値だった場合、取得できないと判定する。取得した実績発電出力が異常値と判定する条件には、例えば、実績発電出力が負値の場合、変動性再生可能エネルギー発電設備200の定格出力を超えている場合、実績発電出力のデータ型が不適切であった場合(とくに浮動小数点型や整数型として解釈できなかった場合)、が挙げられる。さらに、実績発電出力に、計測した時刻を紐付けておき、計測した時刻と取得した時刻の差分から通信遅延時間を算出し、通信遅延時間が所定の閾値を超えていた場合、異常値と判断する方法も挙げられる。
【0065】
次に、算出部30は、実績発電出力の取得可否に応じて、発電出力上限値の算出方法を選択する。
実績発電出力が取得できない場合:方法1、又は方法2を適用する。方法1や方法2は、発電出力上限値の算出過程で、実績発電出力を必要としないため、適用できる。方法1は不足インバランスを低減する必要がある場合に好ましい。方法2は余剰インバランスを低減する必要がある場合に好ましい。
【0066】
実績発電出力が取得できる場合:方法3、方法4、又は方法5を適用する。方法3は余剰インバランスを低減する必要がある場合に好ましい。方法4や方法5は不足インバランスを低減する必要がある場合に好ましい。ただし、制御周期Δtが長い場合、方法4は余剰インバランスが大きくなりやすいので、方法3又は方法5を適用する。
【0067】
なお、不足インバランスを低減する必要がある場合には、例えば、低気温や高気温で冷暖房の需要が大きいことによる電力需給逼迫が挙げられる。一方で、余剰インバランスを低減する必要がある場合には、例えば、太陽光発電設備が多い地域で晴天によって生じる供給過多が挙げられる。
【0068】
ある時間帯の途中で、実績発電出力を取得できない場合から取得できる場合に変わる状況も想定される。このとき、当該時間帯の始端時刻から、実績発電出力を取得できた時刻までの間は、取得できた実績発電出力で一定であったと解釈し、方法3、方法4、又は方法5を適用する。
【0069】
<<第2実施形態>>
変動性再生可能エネルギー発電設備200が複数ある場合、全体の計画発電電力量を、個別の計画発電電力量に配分する必要がある。配分方法には、例えば以下がある。
【0070】
配分方法1:各変動性再生可能エネルギー発電設備200の発電出力を予測し、予測した発電出力の比に基づいて、計画発電電力量を配分する。
配分方法2:各変動性再生可能エネルギー発電設備200の定格出力の比で、計画発電電力量を配分する。
【0071】
配分方法1は、発電種別の異なる変動性再生可能エネルギー発電設備200を組み合わせる場合や、地理的に近接していない変動性再生可能エネルギー発電設備200を組み合わせる場合に好ましい。例えば、太陽光発電と風力発電を組み合わせる場合、太陽光発電は夜間に発電しないため、夜間は太陽光発電に配分する必要がない。また、二つの風力発電を組み合わせる場合、片方が強風で、片方が弱風と気象予報されている場合、強風の地点の計画発電電力量を大きく、弱風の地点の計画発電電力量を小さくする。
【0072】
配分方法2は、発電種別が同じで、地理的に近接している変動性再生可能エネルギー発電設備200を組み合わせる場合に好ましい。一方が10(MW)の風力発電設備であり、他方が2(MW)の風力発電設備である場合を想定する。発電種別が同じで、地理的に近接している場合、定格出力に占める発電出力は類似しているものと考えられる。そこで、計画発電電力量を、定格出力の比である5:1に配分する。
【0073】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0074】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid-State-Drive)等の記録装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【0075】
10 インターフェース(I/F)
20 記憶部
30 算出部
31 定格出力制御
32 時間帯制御
33 残時間制御
34 実績計画比較制御
35 制御周期制御
40 通信部
100 発電出力上限値設定装置
200 変動性再生可能エネルギー発電設備
210 発電出力制御部
300 発電事業者
Δt 制御周期
S200 算出フロー
S300 予測フロー
NW ネットワーク
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
【手続補正書】
【提出日】2022-07-14
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力上限値を設定する発電出力上限値設定装置であって、
前記発電出力上限値設定装置は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できた場合、および前記実績発電出力が取得できなかった場合に応じて、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値の算出方法を選択する算出部を備える
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項2】
請求項1に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記算出部は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できた場合に、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値を、前記時間帯の計画発電電力量と、前記時間帯の前記時刻までの実績発電電力量と、に基づいて算出する
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項3】
請求項2に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記算出部は、前記計画発電電力量と前記実績発電電力量の差分を、前記時間帯の終端時刻までの時間で除して算出した前記発電出力上限値を、制御周期ごとに算出する
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項4】
請求項2に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記算出部は、前記計画発電電力量と前記実績発電電力量との差分を、制御周期で除して算出した前記発電出力上限値を、前記制御周期ごとに算出する
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項5】
請求項1に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記算出部は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できなかった場合に、前記時間帯の計画発電電力量を前記時間帯の長さで除した値を、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値として算出する
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項6】
請求項2又は5に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記計画発電電力量は、前記時間帯における、前記変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力を、複数の予測モデルに基づいて算出し、前記複数の予測モデルの予測結果の優先順位を評価し、前記評価に基づいて設定された値である
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項7】
請求項2又は5に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記発電出力上限値設定装置は、前記時間帯の計画発電電力量を、前記変動性再生可能エネルギー発電設備が複数ある場合に、前記複数の変動性再生可能エネルギー発電設備の全体の計画発電電力量を、前記変動性再生可能エネルギー発電設備の各々の予測発電出力の比で配分した値とする
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項8】
請求項2又は5に記載の発電出力上限値設定装置であって、
前記発電出力上限値設定装置は、前記時間帯の計画発電電力量を、前記変動性再生可能エネルギー発電設備が複数ある場合に、前記複数の変動性再生可能エネルギー発電設備の全体の計画発電電力量を、前記変動性再生可能エネルギー発電設備の定格出力の比で配分した値とする
ことを特徴とする発電出力上限値設定装置。
【請求項9】
変動性再生可能エネルギー発電設備の発電出力上限値を設定する発電出力上限値設定装置の発電出力上限値設定方法であって、
前記発電出力上限値設定装置は、前記変動性再生可能エネルギー発電設備からの実績発電出力が取得できた場合、および前記実績発電出力が取得できなかった場合に応じて、ある時間帯の各時刻における発電出力上限値の算出方法を選択する
ことを特徴とする発電出力上限値設定方法。