JP2022187563A - 平滑化目標値算出装置、電力供給システム、平滑化目標値算出方法及びプログラム - Google Patents

平滑化目標値算出装置、電力供給システム、平滑化目標値算出方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】電池の劣化を抑制することができる平滑化目標値を算出することができる平滑化目標値算出装置を提供する。【解決手段】平滑化目標値算出装置は、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力との合計の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出装置であって、前記第1電力の予測値を取得する予測値取得部と、前記予測値を補正する予測値補正部と、補正後の前記予測値を平滑化して平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出部と、を備える。【選択図】図1

Description

本開示は、平滑化目標値算出装置、電力供給システム、平滑化目標値算出方法及びプログラムに関する。
太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー発電の出力変動を二次電池からの充放電によって抑制する技術が提供されている。例えば、特許文献1には、再生可能エネルギーによる発電電力を予測し、発電電力の予測値と二次電池からの充放電電力を合成した電力を目標値として設定し、その変動が所定範囲内に抑制されるように二次電池の充放電を制御する方法が開示されている。
特許第6768571号公報
再生可能エネルギーによる発電電力の予測値に基づいて出力の目標値を設定し、当該目標値を達成するために二次電池の充放電制御を行う場合、発電電力の予測精度が低ければ、二次電池の充放電量が増大し、二次電池の劣化を招く結果となる。
本開示は、上記課題を解決することができる平滑化目標値算出装置、電力供給システム、平滑化目標値算出方法及びプログラムを提供する。
本開示の一態様によれば、平滑化目標値算出装置は、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力とを合計した電力の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出装置であって、前記第1電力の予測値を取得する予測値取得部と、前記予測値を補正する予測値補正部と、補正後の前記予測値を平滑化して前記平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出部と、を備える。
本開示の一態様によれば、平滑化目標値算出装置は、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力とを合計した電力の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出装置であって、前記平滑化目標値を算出する方式を選択する方式選択部、を備え、前記方式選択部は、前記第1電力の予測値の1日の合計が閾値を上回る場合、前記予測値を平滑化して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択し、前記第1電力の前記予測値の1日の合計が閾値以下の場合、前記第1電力の実績値の移動平均値を算出して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択する。
本開示の電力供給システムは、再生可能エネルギー発電システムと、電池を充放電させて前記再生可能エネルギー発電システムの出力変動を補償する電池システムと、上記の何れかの平滑化目標値算出装置と、を備え、前記電池システムは、前記平滑化目標値算出装置が算出した前記平滑化目標値と前記再生可能エネルギー発電システムが発電した電力との差に基づいて前記電池の充放電を行う。
本開示の平滑化目標値算出方法は、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力とを合計した電力の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出方法であって、前記第1電力の予測値を取得するステップと、前記予測値を補正するステップと、補正後の前記予測値を平滑化して前記平滑化目標値を算出するステップと、を有する。
本開示のプログラムは、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力とを合計した電力の目標値である平滑化目標値を算出するコンピュータに前記第1電力の予測値を取得するステップと、前記予測値を補正するステップと、補正後の前記予測値を平滑化して前記平滑化目標値を算出するステップと、を実行させる。
上述の平滑化目標値算出装置、電力供給システム、平滑化目標値算出方法及びプログラムによれば、再生可能エネルギー発電の出力変動抑制を達成しつつ、二次電池の劣化を抑制することができる。
各実施形態に係る電力供給システムの一例を示す図である。 第一実施形態に係るオフセット補正について説明する図である。 第一実施形態に係る平滑化目標値の算出処理の一例を示す図である。 第二実施形態に関し予測値の急変について説明する図である。 第二実施形態に係る予測値急変補正について説明する図である。 第二実施形態に係る予測値急変補正処理の一例を示すフローチャートである。 第三実施形態に関しPV電力量の大きさとPV電力の変動の関係について説明する図である。 第三実施形態に係る平滑化目標値の算出処理の一例を示す図である。 第四実施形態に係る平滑化目標値の算出処理の一例を示す図である。 各実施形態に係る平滑化目標値算出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
以下、本開示の電力供給システム100について、図1~図10を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。
(システム構成)
図1は、実施形態に係る電力供給システムの一例を示す図である。
電力供給システム100は、太陽光発電、風力発電、水力発電、地熱発電およびバイオマス発電などの再生可能エネルギー発電システム1と、平滑化システム2とを含む。平滑化システム2は、再生可能エネルギー発電システム1の出力(発電電力)の変動を平滑化する。電力供給システム100は、再生可能エネルギー発電システム1によって発電され、平滑化システム2によって平滑化された電力を、工場等の設備や商用電力系統などの負荷へ供給する。平滑化システム2は、予測システム3と、平滑化目標値算出装置10と、電池システム4とを含む。
予測システム3は、再生可能エネルギー発電システム1が発電した過去に発電した電力の実績値に基づき、再生可能エネルギー発電システム1が将来において発電する電力を予測する。以下、再生可能エネルギー発電システム1が発電する電力をPV電力(PVはPhotovoltaicの略、ただし、本開示の適用範囲は太陽光発電に限定されない。)、電力量をPV電力量と省略して記載する。例えば、予測システム3は、過去(1日前、1週間前など)のある時間帯のPV電力の実績値などを説明変数とし、別の日の同じ時間帯におけるPV電力の実績値を目的変数とし、両者の関係をランダムフォレストなどにより学習した予測モデル31を有している。予測システム3は、この予測モデル31によって、過去の所定時間ごと(例えば、前日の30分ごと)のPV電力の実績値から当日の対応する時間ごとのPV電力を予測する。また、予測システム3は、1日の終わりに当日に発電されたトータルのPV電力量に基づいて、翌日のPV電力量を予測する。
平滑化目標値算出装置10は、予測システム3によって予測されたPV電力の予測値を予測システム3から取得し、再生可能エネルギー発電システム1からPV電力の実績値を取得する。平滑化目標値算出装置10は、PV電力の予測値をPV電力の実績値に基づいて補正するなどして、電力供給システム100が負荷へ供給する電力の目標値を算出する。この目標値を平滑化目標値と呼ぶ。電池システム4は、BESS(Battery Energy Storage System:二次電池電力貯蔵システム)である。電池システム4は、再生可能エネルギー発電システム1の出力変動を吸収し、安定化させる役割を担う。電池システム4は、電池41と、制御装置42とを含む。電池41は、一つ又は複数のリチウム電池や鉛電池などの二次電池である。制御装置42は、電池41の充放電制御やSOC(State Of Charge、充電率)の監視を行う。制御装置42は、平滑化目標値算出装置10から充放電の指令値を取得し、電力供給システム100から負荷へ供給される電力が平滑化目標値となるように電池41の充放電を制御する。また、制御装置42は、電池41のSOCが所定の目標値(例えば、50%)となるよう電池41の充放電を制御する。平滑化目標値算出装置10は、再生可能エネルギー発電システム1によって発電された電力を安定的に供給しつつ、電池41のSOCが目標値となるような平滑化目標値を算出する。これにより、PV発電量の変動を抑制しつつ、電池41の劣化を抑制することが可能となる。次に平滑化目標値算出装置10についてさらに詳しく説明する。
平滑化目標値算出装置10は、実績値取得部11と、予測値取得部12と、SOC取得部13、指令値生成部14と、平滑化目標値算出部15と、を備える。
実績値取得部11は、再生可能エネルギー発電システム1から所定の制御周期で最新のPV電力の実績値を取得し、これを記憶する。例えば、実績値取得部11は、時々刻々のPV電力の実績値を取得する。
予測値取得部12は、予測システム3からPV電力の予測値を取得し、これを記憶する。PV電力の予測値は、例えば、所定の時間(30分間)における各時刻の平均的な予測値が与えられる。
SOC取得部13は、電池システム4から所定の制御周期で最新の電池41のSOCを取得する。SOC取得部13は、取得したSOCをSOC補正部154へ出力する。
指令値生成部14は、電池システム4へ出力する充放電指令値を生成する。指令値生成部14は、平滑化目標値からPV電力の実績値を減算して、充放電指令値を生成する。
平滑化目標値算出部15は、平滑化目標値を算出する。後に、第三実施形態で説明するように、平滑化目標値算出部15は、PV電力の予測値に基づいて平滑化目標値を算出する方法と、PV電力の実績値に基づいて平滑化目標値を算出する従来方法のうち何れかを選択して、所定時間ごとの平滑化目標値を算出する。大まかにいえば、所定時間ごとのPV電力の予測値を平滑化した値が予測値に基づく平滑化目標値であり、PV電力の実績値を平滑化した値が実績値に基づく平滑化目標値である。しかし、予測システム3によるPV電力の予測値には必ず実績値との間に誤差があるため、平滑化目標値算出部15は、この誤差を少なくするようにPV電力の予測値を補正して、予測値に基づく平滑化目標値を算出する。また、PV電力の予測値を用いるよりも、当日のPV電力の実績値を用いて少し先のPV電力を予測した方が精度よくPV電力を予測できると考えられる場合には、平滑化目標値算出部15は、PV電力の実績値に基づいて、平滑化目標値(実績値に基づく平滑化目標値)を算出する。
平滑化目標値算出部15は、オフセット補正部151と、急変補正部152と、予測値平滑化部153と、SOC補正部154と、実績値平滑化部155と、を備える。
オフセット補正部151は、少し先のPV電力の予測値を、少し前のPV電力の実績値と予測値の差に基づいて補正する。この補正をオフセット補正と呼ぶ。オフセット補正については、第一実施形態で説明する。
急変補正部152は、PV電力の予測値が実績値と大きく乖離することが予想される場合に、PV電力の予測値をその前後の予測値に基づいて補正する。この補正を予測値急変補正と呼ぶ。予測値急変補正については、第二実施形態で説明する。
予測値平滑化部153は、時系列のPV電力の予測値(補正後の予測値)を平滑化する。平滑化された値が平滑化目標値となる。この平滑化処理については、第一実施形態で説明する。
SOC補正部154は、電池41のSOCをSOC目標値に近付けるために充放電する電力を加減算してPV電力の予測値を補正する。
実績値平滑化部155は、PV電力の実績値の移動平均値を算出して、PV電力の実績値を平滑化する。
<第一実施形態>
(オフセット補正)
次に図2を参照して、第一実施形態に係るオフセット補正について説明する。
図2のグラフの縦軸は、PV電力を示し、横軸は時間を示す。予測システム3は、30分ごとのPV電力を予測する。例えば、予測システム3は、1日のはじめに、前日の30分ごとのPV電力の実績値に基づいて、当日の同じ時間帯における30分ごとのPV電力の予測値を予測する。例えば、前日の10時30分~11時におけるPV電力の実績値に基づいて、当日の10時30分~11時までの各時刻における平均的なPV電力w1が予測される。同様にして、予測システム3は、11時00分~11時30分までのPV電力w2、11時30分~12時00分までのPV電力w3、12時00分~12時30分までのPV電力w4を予測する。ここで、簡単な例として、PV電力w1~w4の予測値をそのまま平滑化目標値として設定する場合について考える。例えば、PV電力w1~w4の予測値が何れも100、当日の実績値が50であるとすると、電池システム4は、この差を補償する電力を電池41から放電し続けなければならず、電池41の使用範囲(SOCの許容範囲)を逸脱してしまう可能性がある。反対に、PV電力w1~w4の実績値が何れも150のように、実績値が予測値を上回り続けるような場合には、電池41は充電し続けなければならなくなり、やはり、電池41の使用範囲を大きく逸脱してしまう可能性がある。このような充放電を繰り返すと、電池41の劣化が促進されてしまう。そこで、本実施形態では、オフセット補正部151が、PV電力の予測値と実績値の差分に基づいて、少し先のPV電力の予測値を補正する。
例えば、現時点が11時であるとする。このとき、予測システム3によって、PV電力w1~w4の予測値が既に算出され、PV電力w1(10時30分~11時)についてはPV電力w1の実績値が明らかとなっている。例えば、PV電力w1の実績値が予測値を上回り、実績値と予測値の差がd1であるとする。オフセット補正部151は、差d1に所定の係数kを乗じたオフセット値(d1×k)を3コマ先の予測値、つまり、12時00分~12時30分のPV電力w4の予測値に加算する。ここで、3コマ先の予測値に加算するのは、次(1コマ先)の11時00分~11時30分については既にすでに設定された平滑化目標値に基づいて、制御を開始しなければならず、2コマ先の11時30分~12時00分については、開始時刻11時30分における平滑化目標値が1つ前のコマの最終時刻における平滑化目標値でもあるため、変更することが適切では無いことによる。なお、図示は省略するが、PV電力w2については、9時30分~10時00分の差分に基づいて10時の時点でオフセット補正が実行され、PV電力w3については、10時00分~10時30分の差分に基づいて10時30分の時点でオフセット補正が実行されている。
また、仮にPV電力w1の実績値が予測値を下回った場合、オフセット補正部151は、差d1に所定の係数kを乗じたオフセット値(d1×k)をPV電力w4の予測値から減算する。同様にオフセット補正部151は、11時30分となると、PV電力w2の実績値と予測値の差d2に基づいて、図示しない12時30分~13時00分のPV電力w5の予測値をオフセット補正する。これにより、予測値を実績値が上回る又は下回る時間帯(コマ)が連続したり、(連続せずとも)予測値を実績値が上回る又は下回る時間帯(コマ)が一方的に多かったりするような場合に、事前の予測値を実績値に近づけることができる。これにより、電池41に充放電量を抑制することができる。例えば、太陽光発電の場合であって、前日が曇り、当日が晴れのような場合、前日の実績値に基づいて予測システム3が予測したPV電力の予測値は1日を通じて当日の実績値よりも低くなる可能性がある。このような場合に、本実施形態のオフセット補正によって、PV電力の予測値に上述のオフセット値を加算することにより、予測値を実測値に近づけ、充放電量を抑制することができる。
なお、差d1に係数kを乗じるのは、例えば、ある30分には予測値が実績値を上回り、次の30分には実績値が予測値を上回り、また次の30分には予測値が実績値を上回る、といった挙動が生じた場合に、オフセット補正を行ったために、かえって予測値と実績値の差分が大きくなり、逆効果となってしまうことに対処するためである。例えば、kに1より小さな値(0.5など)を乗じることで、逆効果となるリスクを低減することができる。
(平滑化処理)
次にPV電力の予測値に対する平滑化処理について説明する。例えば、現在が11時であるとする。図2の線L12、線L23は過去の時間帯で算出された平滑化目標値である。予測値平滑化部153は、既に算出された線L23の終了時点における点P3と、オフセット補正後のPV電力w3の予測値とオフセット補正後のPV電力w4の予測値の平均値である点P4とを結び、P3とP4とを結ぶ線L34を平滑化目標値とする。このように、所定時間(30分)ごとにPV電力の予測値が得られる場合に、隣り合う時間帯のオフセット補正後のPV電力の予測値の平均値を結ぶ処理を予測値の平滑化処理と呼ぶ。図2の例では、隣り合う時間帯のPV電力w2とオフセット補正後のPV電力w3の平均値が点P3で、隣り合う時間帯のオフセット補正後のPV電力w3とオフセット補正後のPV電力w4の平均値が点P4である。点P3と点P4を結ぶ処理が平滑化処理である。平滑化処理によってできた線は、その時間における平滑化目標値を示す。比較のため、オフセット補正前のPV電力w3、w4の予測値を用いて作成される線L34´を示す。
(動作)
図3にオフセット補正および平滑化目標値算出処理の流れを示す。予測値取得部12は、事前に30分ごとのPV電力の予測値を取得して記憶している。実績値取得部11は、制御当日の30分ごとのPV電力の実績値を取得する(ステップS1)。次にオフセット補正部151が、直前の30分についてのPV電力の実績値と予測値の差dを算出する。オフセット補正部151は、差dに係数kを乗じてオフセット値を算出する(ステップS2)。次にオフセット補正部151は、3つ先の時間帯(コマ)のPV電力の予測値にステップS2で算出したオフセット値を加減算して、予測値をオフセット補正する(ステップS3)。次に予測値平滑化部153が、平滑化処理を実行する(ステップS4)。例えば、予測値平滑化部153は、連続する30分ごとの3つの時間帯である時間1、時間2、時間3について、時間1と時間2の境界の時刻におけるPV電力の平滑化目標値に、時間1のオフセット補正後のPV電力の予測値と時間2のオフセット補正後のPV電力の予測値の平均値P1を設定する。予測値平滑化部153は、時間2と時間3の境界の時刻におけるPV電力の平滑化目標値に、時間2のオフセット補正後のPV電力の予測値と時間3のオフセット補正後のPV電力の予測値の平均値P2を設定する。予測値平滑化部153は、平均値P1と平均値P2を結んで、時間2における平滑化目標値を設定する。このようにして作成された時系列の平滑化目標値がPV電力の予測値に基づく平滑化目標値である。指令値生成部14は、時々刻々の平滑化目標値と時々刻々のPV電力の実績値の差を算出して、この差を補償する充放電指令値を生成する。電池システム4では、制御装置42が、指令値生成部14によって算出された充放電指令値に基づいて、電池41の充放電を行う。これにより、負荷へは平滑化目標値が示す電力が供給される。
なお、上記の説明では、PV電力w1の実績値と予測値(オフセット補正を行っていない予測値)の差d1を計算することとしたが、10時30分~11時の予測値についてもそれより前の時間(9時30分)にPV電力w1に対するオフセット値が算出されているので、PV電力w1の実績値とオフセット補正後の予測値の差d1´を算出して、(d1´×k)により、オフセット値を算出してもよい。
本実施形態によれば、予測誤差が上下どちらか一方で継続することにより電池41の使用範囲の上限もしくは下限を逸脱するリスクを低減することができる。これにより、電池41の劣化を抑制することができる。
<第二実施形態>
次に図4~図6を参照して、第二実施形態に係る予測値急変補正について説明する。予測システム3がPV電力の予測に用いる予測モデル31では、予測対象の時間の過去の実績値が主な説明変数となっている。これは、直前の時刻の実績値や予測値よりも、同じ時間帯の過去実績値を主要な説明変数とした方が、全体として予測精度の高いモデルが得られるためである。この為、例えば、説明変数に用いる過去実績値に急激な変化がある場合、予測結果においても同様に急激な変化が現れる。この様子を図4に示す。破線グラフa1は、予測システム3が予測したPV電力の予測値を示し、実線グラフa2は、PV電力の予測値に対してオフセット補正や平滑化処理を行って得られた平滑化目標値を示す。図示するように、時間帯t1にて平滑化目標値は急激な下降と上昇を示している。これに対し、実線グラフa3は、PV電力の実績値を示しており、時間帯t1においてなだらかな変化を示している。実際に図4に例示するように、実際のPV電力に急激な変化が生じることは稀であるため、予測モデルの特性に基づくPV電力の予測値の急激な変化は、電池41に対する不要な充放電の原因となる。第二実施形態では、予測システム3による予測値の急変を補正することにより、電池41からの充放電量の増加を防止する。この補正を予測値急変補正と呼ぶ。
図5、図6を参照して予測値急変補正の処理について説明する。図5に10時30分~12時30分までの30分ごとのPV電力の予測値の一例を示す。図6に予測値急変補正の処理の流れを示す。
図5の例では、11時30分~12時00分の予測値wBは、11時00分~11時30分の予測値wAや12時00分~12時30分の予測値wCに比べて、大幅に低下している。この例のように、ある時間帯の予測値が、その前後の時間帯の予測値と比べて大きく乖離する場合、急変補正部152は、その予測値をする。具体的には、まず、急変補正部152は、ある時間帯の予測値が、前後の時間帯の予測値と大きく乖離するかどうかを判定する(ステップS11)。ある時間帯tのPV電力の予測値を予測値(t)、その前後の時間帯におけるPV電力の予測値をそれぞれ予測値(t-1)、予測値(t+1)で表し、所定の閾値をThとする。急変補正部152は、以下の式(1)又は式(1´)が成立するかどうかを判定する。
予測値(t)+Th<(予測値(t-1)+予測値(t+1))÷2・・・(1)
予測値(t)-Th>(予測値(t-1)+予測値(t+1))÷2・・・(1´)
図5の例では、急変補正部152は、wB+Th<(wA+wC)÷2と、wB-Th>(wA+wC)÷2の何れかが成立するかどうかについて判定を行う。
大きく乖離する場合(ステップS11;Yes)、つまり、式(1)又は式(1´)の何れかが成立する場合、急変補正部152は、前後の時間帯の予測値(t-1)と予測値(t+1)とを用いて、予測値(t)を補正する(ステップS12)。具体的には、急変補正部152は、以下の式(2)によって、予測値(t)を補正する。
補正後の予測値(t)=(予測値(t-1)+予測値(t+1))÷2・・・(2)
図5の例では、急変補正部152は、補正後のwB=(wA+wC)÷2によって、予測値急変補正後の予測値wBを算出する。
(変形例)
なお、補正後の予測値(t)の値は、式(2)に限定されず、式(2)の計算結果を基準とし、所定の範囲内に収まるような値であってもよい。例えば、急変補正部152は、式(2)の計算結果に対して所定の補正量を加減算して補正後の予測値(t)を算出してもよい。また、上記の例では、30分ごとの連続する時間について、中間の時間における予測値(t)が、予測値(t-1)や予測値(t+1)の平均値と乖離している場合に予測値住変補正を行うこととしたが、例えば、予測値(t-1)、予測値(t)、予測値(t+1)、予測値(t+2)のように連続する4つの時間にうちの予測値(t)、予測値(t+1)の両方について、予測値(t-1)と予測値(t+2)との間で、共に式(1)が成立するか、又は、共に式(1´)が成立するような場合、予測値(t)、予測値(t+1)の両方を式(2)に基づく値で補正してもよい。例えば、図5において、10時30分~11時の予測値と、12時00分~12時30分の予測値とが共に大きな値で、11時~11時30分の予測値と、11時30分~12時の予測値とが共に極端に小さな値であるような場合に11時~12時の2コマ分の予測値を式(2)に基づいて補正してもよい。
大きく乖離しない場合(ステップS11;No)、つまり、式(1)と式(1´)の何れも成立しない場合、急変補正部152は、PV電力の予測値(t)の補正を行わない。(予測値急変補正を実行する、しないに関わらず)次に予測値平滑化部153は、平滑化処理(ステップS4)を行って、平滑化目標値を算出する。
本実施形態によれば、予測モデル31の特性によって生じる本来は不必要な充放電を回避することで、電池41の劣化を抑制することができる。第二実施形態は、第一実施形態と組合せることが可能である。この場合、平滑化目標値算出装置10は、予測システム3が予測した予測値に対して予測値急変補正(ステップS11~S12)を行い、その結果に対して、オフセット補正(ステップS3)と平滑化処理(ステップS4)を行って、平滑化目標値を算出する。
<第三実施形態>
第一実施形態と第二実施形態では、PV電力の予測値を補正し、補正後のPV電力の予測値を平滑化処理することにより、平滑化目標値の精度を向上し、電池41の充放電を抑制する方法について述べた。これに対し、第三実施形態では、PV電力の予測値よりも、同じ日の少し前の時間帯におけるPV電力の実績値に基づいて平滑化目標値を算出した方が精度よくPV電力を予測できる場合には、PV電力の実績値を平滑化して平滑化目標値を算出する方法について説明する。
図7にPV発電量の大きさとPV電力の変動との関係を示す。例えば、再生可能エネルギー発電システム1には、太陽光発電が含まれているとする。図7のグラフ7aに、晴れの日のPV電力の実績値と平滑化目標値の時系列の推移を示す。線b1は平滑化目標値の推移を示し、線c1はPV電力の推移を示す。つまり、線b1と線c1の差分が電池41の充放電電力である。一方、図7のグラフ7bに、曇りの日のPV電力の実績値と平滑化目標値の時系列の推移を示す。線b2は平滑化目標値の推移を示し、線c2はPV電力の推移を示す。線b2と線c2の差分が電池41の充放電電力である。ここで、グラフ7aに関する晴れの日とは、1日を通じたPV発電量の合計(1日の発電電力量)が大きくなる場合の一例である。グラフ7bに関する曇りの日とは、1日を通じたPV発電量の合計が小さくなる場合の一例である。図示するように、PV発電量が大きい場合には発電量の時間変化が大きく、PV発電量が小さい場合には発電量の時間変化が小さいという性質がある。一方、PV電力の予測値には、天候に関わらず、ある程度の予測誤差が発生し、それに応じた充放電が必要となる。これに対し、従来から行われているPV電力の実績値の移動平均を算出して、その値を平滑化目標値とする方法の場合、PV電力の時間変化が大きくなる晴れの日(PV発電量が大きくなる日)では、PV電力の実績値とPV電力の実績値の移動平均値の差が比較的大きくなるので、充放電量が多くなってしまう。一方、曇りの日(PV発電量が小さい日)ではPV発電量の時間変化が小さいため、PV電力の実績値とPV電力の実績値の移動平均値の差が比較的小さくなるので、充放電量は少なくなる。第三実施形態では、この性質を利用して、前日における翌日のPV電力量の予測値に基づいて、平滑化目標値の算出方法を切り替える。具体的には、ある閾値を設定しておき、前日に行った翌日のPV電力量の予測結果(1日の積算発電量)が閾値以上であれば、PV電力の予測値を用い、閾値未満であれば従来のPV電力の実績値の移動平均値を算出する方式を選択する。
図8に第三実施形態における平滑化目標値の算出処理を示す。前提として、予測システム3は、1日の終わりにその日のPV電力の実績値等に基づいて翌日の所定時間ごとのPV電力の予測値を予測し、それらの予測値を積算して翌日(つまり、平滑化目標値を算出する制御対象日)の1日を通じてのPV電力量の予測値を予測する。
予測値取得部12は、翌日のPV電力量の予測値を取得する(ステップS21)。次に平滑化目標値算出部15が、翌日のPV電力量の予測値と所定の閾値とを比較し、PV電力量の予測値が閾値よりも大きいかどうかを判定する(ステップS22)。PV電力量の予測値が閾値よりも大きい場合(ステップS22;Yes)、平滑化目標値算出部15は、PV電力の予測値に基づいて翌日の所定時間ごとの平滑化目標値を算出することを決定する(ステップS23)。一方、PV電力量の予測値が閾値以下の場合(ステップS22;No)、平滑化目標値算出部15は、PV電力の実績値に基づいて翌日の所定時間ごとの平滑化目標値を算出することを決定する(ステップS24)。
PV電力の予測値に基づいて平滑化目標値を算出する方法の場合、予測誤差の影響で、従来方式(実績値の移動平均値等を平滑化目標値にする)より充放電量が増加(劣化が進行)してしまうことがある。これに対し、1日を通じて発電電力の変動が小さい場合には従来方式を用いることにより、精度の良い平滑化目標値を算出することができる。本実施形態では、1日を通じて発電電力の変動が小さい日は、1日のPV電力量が小さい日であると考え、PV電力量が小さい日には従来方式を用いて平滑化目標値を算出する。これにより、さらに電池劣化の抑制が可能となる。
<第四実施形態>
第一実施形態~第三実施形態を組み合わせた場合の処理例を、第四実施形態として図9に示す。第四実施形態によれば、再生可能エネルギー発電システム1から供給される電力を平滑化しつつ、電池41の劣化を抑制することができる。
図9は、第四実施形態に係る平滑化目標値の算出処理の一例を示す図である。
まず、平滑化目標値算出部15が、制御対象当日に再生可能エネルギー発電システム1が発電する発電量についての前日予測値に基づいて、第三実施形態で説明した処理(図8)により、平滑化方式を選択する(ステップS31)。次に平滑化目標値算出部15が、平滑化目標値を算出するかどうかを判定する(ステップS32)。例えば、30分ごとのPV電力の実績に基づいて、平滑化目標値を算出する場合、平滑化目標値を算出するタイミングが到来するまで待機する(ステップS32;No)。平滑化目標値を算出するタイミングが到来すると、平滑化目標値算出部15は、ステップS31で選択した方式で平滑化目標値を算出する。
ステップS31で予測値に基づいて平滑化目標値を算出する方式が選択された場合(1日の発電量が多い場合)、平滑化目標値算出部15は、PV電力の予測値に基づいて平滑化目標値を算出する。具体的には、予測値取得部12が、所定時間ごと(例えば、30分ごと)のPV電力の予測値を取得し、実績値取得部11とSOC取得部13が、それぞれ最新のPV電力の実績値と最新の電池41のSOCを取得する。そして、急変補正部152が、PV電力の予測値に基づいて、図6で説明した処理によって、予測値急変補正を実行する(ステップS33)。次にオフセット補正部151が、PV電力の予測値と実績値に基づいて、所定時間ごとに図3で説明した処理によって、オフセット補正を実行する(ステップS34)。
次にSOC補正部154が、SOC取得部13が取得した電池41のSOCの現在値と所定のSOC目標値に基づいて所定時間ごとにSOC補正を実行する(ステップS35)。例えば、電池41の現在のSOCが目標値より低い状態であれば、充電することが適切である。SOC補正部154は、足りないSOCの分だけ充電できるように、あるいは、SOCがそれ以上低下することを抑制できるようにオフセット補正後のPV電力の予測値をより小さい値に補正する。例えば、SOC補正部154は、目標値に対して足りないSOCに相当する電力に所定の係数を乗じてSOC補正電力を算出し、所定時間後(例えば3コマ先)のオフセット補正後のPV電力の予測値からSOC補正電力を減算する。反対に、電池41の現在のSOCが目標値より高い状態であれば、放電することが適切である。SOC補正部154は、余剰のSOCの分だけ放電できるように、あるいは、それ以上SOCが上昇することを抑制するように、余剰のSOCに相当する電力に所定の係数を乗じてSOC補正電力を算出し、所定時間後のオフセット補正後のPV電力の予測値にSOC補正電力を加算する。オフセット補正と併せてSOC補正を行うことで、電池41のSOCは使用範囲内に制御することができるので、電池41の劣化を抑止することができる。これらの処理により、所定時間後のPV電力の予測値を補正すると、予測値平滑化部153が、図3で説明した処理によって、平滑化処理を行い、平滑化目標値を算出する(ステップS36)。
ステップS31の結果、従来方式が選択された場合(1日の発電量が少ない場合)、平滑化目標値算出部15は、PV電力の実績値に基づいて平滑化目標値を算出する。具体的には、実績値取得部11とSOC取得部13が、それぞれ、例えば1秒周期で最新のPV電力の実績値と最新の電池41のSOCを取得する。そして、SOC補正部154が、PV電力の実績値に対して、SOC補正を行う(ステップS37)。次に実績値平滑化部155が、SOC補正後のPV電力の実績値を用いて移動平均値を算出し、平滑化目標値を算出する(ステップS38)。平滑化目標値算出部15は、ステップS37~S38の処理を所定の制御周期で繰り返し実行する。
次に指令値生成部14が、何れかの方式で算出された平滑化目標値と実績値取得部11が取得したPV電力の実績値の差から電池システム4に対する充放電指令値を生成する(ステップS39)。この値は平滑化システム2に対する充放電電力の指令値を示す。当該充放電指令値の正の値は放電を示し、負の値は充電を示す。電池システム4では、制御装置42が充放電指令に基づいて電池41の充放電を制御する。これにより、負荷へ供給される電力は、平滑化目標値が示す電力に制御される。
(効果)
以上説明したように、本実施形態によれば、再生可能エネルギー発電システム1が発電する電力を平滑化システム2によって平滑化しつつ、平滑化システム2が備える電池41の劣化を抑制することができる。より具体的には、再生可能エネルギー発電システム1が発電する電力を予測し、その予測結果を直前の実績値に基づいてオフセット補正することにより、電池41の充放電量を抑制し、電池41の使用範囲の逸脱を抑制することができる。また、オフセット補正に加えてSOC補正を実行することにより、電池41の使用範囲の逸脱をより効果的に防ぐことができ、電池の劣化抑制に貢献することができる。また、予測値急変補正により、不要な電池41の充放電量を回避することができる。また、再生可能エネルギー発電システム1の発電量の前日予測に基づいて、平滑化目標値の算出方式を切り替えることで、平滑化目標値と実際のPV電力の差を低減し、電池41の充放電量、劣化を抑制することができる。
図10は、各実施形態に係る平滑化目標値算出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、入出力インタフェース904、通信インタフェース905を備える。
平滑化目標値算出装置10は、コンピュータ900に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置902に確保する。また、CPU901は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置903に確保する。
なお、平滑化目標値算出装置10の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各機能部による処理を行ってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、CD、DVD、USB等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ900に配信される場合、配信を受けたコンピュータ900が当該プログラムを主記憶装置902に展開し、上記処理を実行しても良い。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
以上のとおり、本開示に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
<付記>
各実施形態に記載の平滑化目標値算出装置、電力供給システム、平滑化目標値算出方法及びプログラムは、例えば以下のように把握される。
(1)第1の態様に係る平滑化目標値算出装置は、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力との合計の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出装置10であって、前記第1電力の予測値を取得する予測値取得部12と、前記予測値を補正する予測値補正部(オフセット補正部151、急変補正部152、SOC補正部154)と、補正後の前記予測値を平滑化して平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出部(予測値平滑化部153)と、を備える。
予測値を補正し、補正後の予測値を平滑化して平滑化目標値を算出することにより、充放電量が少ない平滑化目標値を算出することができる。
(2)第2の態様に係る平滑化目標値算出装置は、(1)の平滑化目標値算出装置であって、前記予測値補正部(急変補正部152)は、連続する第1時間、第2時間、第3時間の各時間における前記予測値である第1予測値、第2予測値、第3予測値について、前記第2予測値と前記第1予測値および前記第3予測値の平均との差が所定の閾値以上の場合、前記第2予測値を前記第1予測値および前記第3予測値の平均値に基づいた値に補正する。
これにより、実際のPV電力がなだらかな変化を示すのに対し、PV電力の予測値が急激な変化を示すためにおこる余分な充放電を回避することができる。
(3)第3の態様に係る平滑化目標値算出装置は、(1)~(2)の平滑化目標値算出装置であって、前記予測値補正部(オフセット補正部151)は、過去の第4時間における前記予測値と前記第1電力の実績値との差に所定の係数を乗じた値を、前記第4時間より所定時間後の第5時間における前記予測値に加減算して、前記第5時間における前記予測値を補正する。
過去のPV電力の予測値と実績値の差の傾向に基づいて将来の予測値を補正する。これにより、特に予測値が実績値を上回る、下回るといった傾向がある場合に、PV電力の予測値を実際の値に近づけることができ、電池の充放電量を少なくすることができる。
(4)第4の態様に係る平滑化目標値算出装置は、(1)~(3)の平滑化目標値算出装置であって、前記平滑化目標値算出部は、連続する第6時間、第7時間、第8時間の各時間における補正後の前記予測値である第6予測値、第7予測値、第8予測値について、前記第6予測値と第7予測値の平均値を前記第7時間の開始時刻における前記平滑化目標値として設定し、前記第7予測値と第8予測値の平均値を前記第7時間の終了時刻における前記平滑化目標値として設定し、前記第7時間の開始時刻における前記平滑化目標値と前記第7時間の終了時刻における前記平滑化目標値とを結んでできる線が示す値を前記第7時間の各時刻における前記平滑化目標値として設定する。
これにより、補正後の予測値の平均的な値に基づいて時系列の平滑化目標値を算出することができる。補正後の予測値の平均的な値を用いることで、補正後の予測値が実際のPV電力と多少乖離する場合であっても、その差を中間的な範囲に収めることができる。
(5)第5の態様に係る平滑化目標値算出装置は、(1)~(4)の平滑化目標値算出装置であって、前記平滑化目標値を算出する方式を選択する方式選択部(平滑化目標値算出部15)、をさらに備え、前記方式選択部は、前記第1電力の前記予測値の1日の合計が閾値を上回る場合、前記予測値補正部によって前記予測値を補正して、前記平滑化目標値算出部を用いて補正後の前記予測値を平滑化して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択し、前記第1電力の前記予測値の1日の合計が閾値以下の場合、前記第1電力の実績値の移動平均値を算出して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択する。
これにより、1日におけるPV電力の変動が小さいと予想できる時には、直前の所定時間におけるPV電力の実績値を平滑化(移動平均値を算出)して平滑化目標値を算出することで、精度の良い(実際のPV電力に近い)平滑化目標値を算出することができ、充放電量の低減が期待できる。反対に1日におけるPV電力の変動が大きいと予想できる時には、PV電力の実績値に基づく平滑化目標値よりも精度よくPV電力を予測することができるPV電力の予測値をさらに補正した値に基づいて平滑化目標値を算出する。これにより、電池からの充放電量を低減することができる。
(6)第6の態様に係る平滑化目標値算出装置は、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力との合計の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出装置であって、前記平滑化目標値を算出する方式を選択する方式選択部、を備え、前記方式選択部は、前記第1電力の予測値の1日の合計が閾値を上回る場合、前記予測値を平滑化して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択し、前記第1電力の前記予測値の1日の合計が閾値以下の場合、前記第1電力の実績値の移動平均値を算出して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択する。
これにより、1日におけるPV電力の変動が小さいと予想できる時には、直前の所定時間におけるPV電力の実績値を平滑化(移動平均値を算出)して平滑化目標値を算出することで、精度の良い(実際のPV電力に近い)平滑化目標値を算出することができ、充放電量の低減が期待できる。反対に1日におけるPV電力の変動が大きいと予想できる時には、PV電力の実績値に基づく平滑化目標値よりも精度よくPV電力を予測することができる予測モデル31に基づいて、PV電力を予測し、PV電力の予測値に基づいて平滑化目標値を算出する。これにより、電池からの充放電量を低減することができる。
(7)第7の態様に係る電力供給システムは、再生可能エネルギー発電システムと、電池を充放電させて前記再生可能エネルギー発電システムの出力変動を補償する電池システムと、(1)~(6)の何れかに記載の平滑化目標値算出装置と、を備え、前記電池システムは、前記平滑化目標値算出装置が算出した前記平滑化目標値と前記再生可能エネルギー発電システムが発電した電力との差に基づいて前記電池の充放電を行う。
これにより、再生可能エネルギー発電の出力変動を抑制しつつ、電池の劣化を抑制することができる。
(8)第8の態様に係る平滑化目標値算出方法は、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力との合計の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出方法であって、前記第1電力の予測値を取得するステップと、前記予測値を補正するステップと、補正後の前記予測値を平滑化して平滑化目標値を算出するステップと、を有する。
(9)第9の態様に係るプログラムは、再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力との合計の目標値である平滑化目標値を算出するコンピュータに、前記第1電力の予測値を取得するステップと、前記予測値を補正するステップと、補正後の前記予測値を平滑化して平滑化目標値を算出するステップとを実行させる。
100・・・電力供給システム、1・・・再生可能エネルギー発電システム、2・・・平滑化システム、3・・・予測システム、31・・・予測モデル、4・・・電池システム、41・・・電池、42・・・制御装置、10・・・平滑化目標値算出装置、11・・・実績値取得部、12・・・予測値取得部、13・・・SOC取得部、14・・・指令値生成部、15・・・平滑化目標値算出部、151・・・オフセット補正部、152・・・急変補正部、153・・・予測値平滑化部、154・・・SOC補正部、155・・・実績値平滑化部、900・・・コンピュータ、901・・・CPU、902・・・主記憶装置、903・・・補助記憶装置、904・・・入出力インタフェース、905・・・通信インタフェース

Claims (9)

  1. 再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力とを合計した電力の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出装置であって、
    前記第1電力の予測値を取得する予測値取得部と、
    前記予測値を補正する予測値補正部と、
    補正後の前記予測値を平滑化して前記平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出部と、
    を備える平滑化目標値算出装置。
  2. 前記予測値補正部は、連続する第1時間、第2時間、第3時間の各時間における前記予測値である第1予測値、第2予測値、第3予測値について、前記第2予測値と前記第1予測値および前記第3予測値の平均との差が所定の閾値以上の場合、前記第2予測値を前記第1予測値および前記第3予測値の平均値に基づいた値に補正する、
    請求項1に記載の平滑化目標値算出装置。
  3. 前記予測値補正部は、過去の第4時間における前記予測値と前記第1電力の実績値との差に所定の係数を乗じた値を、前記第4時間より所定時間後の第5時間における前記予測値に加減算して、前記第5時間における前記予測値を補正する、
    請求項1または請求項2に記載の平滑化目標値算出装置。
  4. 前記平滑化目標値算出部は、連続する第6時間、第7時間、第8時間の各時間における補正後の前記予測値である第6予測値、第7予測値、第8予測値について、前記第6予測値と第7予測値の平均値を前記第7時間の開始時刻における前記平滑化目標値として設定し、前記第7予測値と第8予測値の平均値を前記第7時間の終了時刻における前記平滑化目標値として設定し、前記第7時間の開始時刻における前記平滑化目標値と前記第7時間の終了時刻における前記平滑化目標値とを結んでできる線が示す値を前記第7時間の各時刻における前記平滑化目標値として設定する、
    請求項1から請求項3の何れか1項に記載の平滑化目標値算出装置。
  5. 前記平滑化目標値を算出する方式を選択する方式選択部、をさらに備え、
    前記方式選択部は、前記第1電力の前記予測値の1日の合計が閾値を上回る場合、前記予測値補正部によって前記予測値を補正して、前記平滑化目標値算出部を用いて補正後の前記予測値を平滑化して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択し、
    前記第1電力の前記予測値の1日の合計が閾値以下の場合、前記第1電力の実績値の移動平均値を算出して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択する、
    請求項1から請求項4の何れか1項に記載の平滑化目標値算出装置。
  6. 再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力とを合計した電力の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出装置であって、
    前記平滑化目標値を算出する方式を選択する方式選択部、を備え、
    前記方式選択部は、前記第1電力の予測値の1日の合計が閾値を上回る場合、前記予測値を平滑化して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択し、
    前記第1電力の前記予測値の1日の合計が閾値以下の場合、前記第1電力の実績値の移動平均値を算出して、前記平滑化目標値を算出する方式を選択する、
    平滑化目標値算出装置。
  7. 再生可能エネルギー発電システムと、
    電池を充放電させて前記再生可能エネルギー発電システムの出力変動を補償する電池システムと、
    請求項1から請求項6の何れか1項に記載の平滑化目標値算出装置と、
    を備え、
    前記電池システムは、前記平滑化目標値算出装置が算出した前記平滑化目標値と前記再生可能エネルギー発電システムが発電した電力との差に基づいて前記電池の充放電を行う、電力供給システム。
  8. 再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力とを合計した電力の目標値である平滑化目標値を算出する平滑化目標値算出方法であって、
    前記第1電力の予測値を取得するステップと、
    前記予測値を補正するステップと、
    補正後の前記予測値を平滑化して前記平滑化目標値を算出するステップと、
    を有する平滑化目標値算出方法。
  9. 再生可能エネルギー発電システムが発電する第1電力と電池が充放電する第2電力とを合計した電力の目標値である平滑化目標値を算出するコンピュータに、
    前記第1電力の予測値を取得するステップと、
    前記予測値を補正するステップと、
    補正後の前記予測値を平滑化して前記平滑化目標値を算出するステップと、
    を実行させるプログラム。
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