JP6398439B2 - 運転計画生成装置、運転計画生成方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、運転計画生成装置、運転計画生成方法及びプログラムに関する。

電力需要は、季節や時間帯、曜日等の様々な要因によって時々刻々と変化するが、電力の需要と供給のバランスが崩れると電力系統の周波数や電圧の変化、停電などが発生し、安定的な電力の供給に支障が生じる。

そのため電力需要の予測を正確に行い、需要と供給のバランスを維持するように、電力系統を制御することが大切である。

電力系統の構成要素に対する操作量（発電機の出力やノードの電圧、調相設備の操作量等）を決定するに際しては、経済性と信頼性を考慮するための技術として最適潮流計算が用いられている。最適潮流計算とは、電力系統の運用制約を維持しつつ、発電機の発電コストや送電ロスなどが最小となるように、各構成要素の操作量を計算する手法である。

発電コストや送電ロスといった運用状態を目的関数として与え、電力系統の運用制約を制約条件として与え、操作対象装置に対する操作量を状態変数として与えたとき、最適潮流計算は制約条件付き最適化問題となる（例えば特許文献１、非特許文献１を参照）。

また近年、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを用いた分散型電源の普及に伴い、蓄電池を電力系統の制御に用いることが検討されている（例えば特許文献２を参照）。特許文献２では、発電機と蓄電池を含む電力系統に対して、蓄電池によるいわゆるピークシフトを行うことが記載されている。

特開２００６−１７４５６４号公報 特開２０１１−１１４９４５号公報

関根泰次、外６名共著、「電力系統の最適潮流計算≪OPF；Optimal Power Flow≫」、一般社団法人日本電気協会、平成14年3月

しかしながら、蓄電池を構成要素として含む電力系統の運転計画を生成する場合には、特許文献２にも記載されているように、運転計画の開始時刻と最終時刻における蓄電池の充電率(以下、SOC: State of Chargeとも記す)を５０％に一致させるという蓄電池SOC制約を設定するようにしており、運転計画を生成する際の柔軟性を低下させる一因となっていた。

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、発電設備、負荷設備及び蓄電設備を備えて構成される電力系統における発電設備及び蓄電設備の運転計画を生成するに際し、より適切な発電設備及び蓄電設備の運転計画の生成を可能とすることが可能な運転計画生成装置、運転計画生成方法およびプログラムを提供することを一つの目的とする。

上記課題を解決するための手段の一つは、発電設備、負荷設備及び蓄電設備を備えて構成される電力系統における前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置であって、前記発電設備の発電コストを算出するための目的関数、及び前記発電設備及び前記蓄電設備の運転に関する制約条件を取得する取得部と、前記運転計画の対象期間中における前記負荷設備の電力消費量の予測値に基づいて、前記制約条件を満たしつつ前記目的関数の値を最小にするような、前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を算出する運転計画算出部と、を備え、前記制約条件には、前記対象期間中の特定期間の開始時点における前記蓄電設備の充電率である第１充電率と、前記特定期間の終了時点における前記蓄電設備の充電率である第２充電率とが、異なるように、前記蓄電設備の充電率を定めた充電率制約条件が含まれ、前記特定期間は、日を単位とする平日のみあるいは休祝日のみからなる１日以上の期間であり、前記充電率制約条件には、前記特定期間が平日のみからなる場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が小さくなるように前記蓄電設備の充電率が定められ、前記特定期間が休祝日のみからなる場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が大きくなるように前記蓄電設備の充電率が定められる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。

本発明によれば、より適切な電力系統の運転計画を生成することが可能になる。

運転計画生成装置のハードウェア構成を示す図である。 運転計画生成装置の機能構成を示す図である。 運転計画生成装置の記憶装置を示す図である。 電力系統を示す図である。 充電率制約条件を示す図である。 運転計画生成装置の処理の流れを示すフローチャートである。 運転計画の出力結果を示す図である。 運転計画の出力結果を示す図である。 運転計画生成装置が電力系統を制御する様子を示す図である。 比較例を示す図である。 比較例を示す図である。 運転計画の出力結果を比較例と対比した様子を示す図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝運転計画生成装置の構成＝
本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、図４に示すように、発電機１（Ｇ１）（発電設備１（Ｇ１）とも記す）、発電機２（Ｇ２）（発電設備２（Ｇ２）とも記す）、負荷Ｌ（負荷設備Ｌとも記す）、太陽光発電機ＰＶ、蓄電池Ｂ（蓄電設備Ｂとも記す）が、送電線路Ｔを介して接続されて構成される電力系統１０００における発電機１（Ｇ１）、発電機２（Ｇ２）及び蓄電池Ｂの運転計画を生成する装置である。

図４には、発電機１（Ｇ１）及び発電機２（Ｇ２）が記載されているが、両者を区別して説明する必要がない場合には、まとめて発電機Ｇ（発電設備Ｇ）と記す。

発電設備Ｇは、火力発電所や水力発電所、原子力発電所における発電機、あるいはディーゼル発電機などのように、電力に変換されるエネルギーの使用量を制御することにより発電量を制御可能な電力生成装置である。

また太陽光発電機ＰＶは、電力に変換される太陽光エネルギーの使用量が気象条件に大きく依存し、発電量を制御することが困難な電力生成装置である。

また蓄電設備Ｂは、発電設備Ｇや太陽光発電機ＰＶにより生成された電力を内部に充電し、内部に充電した電力を放電することが可能な装置である。

負荷設備Ｌは、発電設備Ｇ、太陽光発電機ＰＶ及び蓄電設備Ｂから送電線路Ｔを介して供給される電力を消費する装置である。

また図４には示されていないが、電力系統１０００には、上記構成要素以外にも、調相設備Ｓや変圧器、風力発電機などが含まれていてもよい。

また本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、最適潮流計算を行って、発電設備Ｇ及び蓄電設備Ｂの１週間分の運転計画を生成する場合を一例として説明する。もちろん運転計画の生成対象期間は１週間に限られず、１日、２日、１か月など、適宜設定することができる。詳細は後述する。

本実施形態に係る運転計画生成装置１００の全体構成を図１及び図２に示す。図１は、運転計画生成装置１００のハードウェア構成を説明するための図であり、図２は、運転計画生成装置１００の機能構成を説明するための図である。

図１に示すように、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１０、メモリ１２０、通信装置１３０、記憶装置１４０、入力装置１５０、出力装置１６０及び記録媒体読取装置１７０を有して構成されるコンピュータである。

ＣＰＵ１１０は運転計画生成装置１００の全体の制御を司るもので、記憶装置１４０に記憶される本実施形態に係る各種の動作を行うためのコードから構成される制御プログラム６００をメモリ１２０に読み出して実行することにより、運転計画生成装置１００としての各種機能を実現する。

例えば、詳細は後述するが、ＣＰＵ１１０により制御プログラム６００が実行され、メモリ１２０や通信装置１３０、記憶装置１４０等のハードウェア機器と協働することにより、取得部１０１、運転計画算出部１０２などが実現される。

メモリ１２０は例えば半導体記憶装置により構成することができる。

通信装置１３０は、ネットワークカードなどのネットワークインタフェースである。通信装置１３０は、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワークを介して他のコンピュータからデータを受信し、受信したデータを記憶装置１４０やメモリ１２０に記憶する。また通信装置１３０は、記憶装置１４０やメモリ１２０に記憶されているデータを、ネットワークを介して他のコンピュータへ送信する。

入力装置１５０は、キーボードやマウス、マイク等の装置であり、運転計画生成装置１００の操作者による情報の入力を受け付けるための装置である。出力装置１６０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やプリンタ、スピーカ等の装置であり、情報を出力するための装置である。

記憶装置１４０は、例えばハードディスク装置や半導体記憶装置等により構成することができる。記憶装置１４０は、各種プログラムやデータ、テーブル等を記憶するための物理的な記憶領域を提供する装置である。図３には、記憶装置１４０に制御プログラム６００及びデータ記憶部７００が記憶されている様子を示す。

なお、制御プログラム６００は、記録媒体読取装置１７０を用いて、記録媒体（各種の光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリ等）８００から記憶装置１４０に読み出すことで、運転計画生成装置１００に格納されるようにすることもできるし、通信装置１３０を介して通信可能に接続される他のコンピュータから取得することで、運転計画生成装置１００に格納されるようにすることもできる。

またデータ記憶部７００には、後述する運転計画算出部１０２によって参照される目的関数や制約条件、負荷設備Ｌの電力消費量の所定時間毎の予測値、太陽光発電機ＰＶの発電量の所定時間毎の予測値、系統データなどが記憶されている。

また電力系統１０００に風力発電機が含まれる場合には、データ記憶部７００には、風力発電機の発電量の所定時間毎の予測値も記憶されている。

系統データは、例えば送電線路Ｔの線路インピーダンス、負荷Ｌの有効電力及び無効電力、発電機Ｇの燃料費係数（円/kWh等の指標）、発電機Ｇの有効電力及び無効電力、蓄電池Ｂの有効電力及び無効電力、調相設備Ｓの容量、ノード電圧に対する上下限値等を含む。

次に、図２に示すように、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、取得部１０１、運転計画算出部１０２の各機能ブロックを備えて構成されている。

取得部１０１は、運転計画生成装置１００が最適潮流計算を行う際に用いる、発電設備Ｇの発電コストを算出するための目的関数や、発電設備Ｇ及び蓄電設備Ｂの運転に関する制約条件を、入力装置１５０、あるいは通信装置１３０から取得して、データ記憶部７００に記憶する。

また運転計画生成装置１００は、運転計画の対象期間中（本実施形態では一例として１週間）の負荷設備Ｌの電力消費量の所定時間毎（例えば１時間毎）の予測値、太陽光発電機ＰＶの発電量の所定時間毎の予測値、及び系統データを、入力装置１５０あるいは通信装置１３０から取得して、データ記憶部７００に記憶する。

電力系統１０００に風力発電機が含まれる場合には、運転計画生成装置１００は、風力発電機の発電量の所定時間毎の予測値も取得してデータ記憶部７００に記憶する。

運転計画算出部１０２は、運転計画の対象期間中の負荷設備Ｌの電力消費量の所定時間毎の予測値、太陽光発電機ＰＶの発電量の所定時間毎の予測値、系統データ、及び電力系統１０００に風力発電機が含まれる場合には風力発電機の発電量の所定時間毎の予測値に基づいて、制約条件を満たしつつ目的関数の値を最小にするような、発電設備Ｇ及び蓄電設備Ｂの運転計画を算出する。

つまり運転計画算出部１０２は、目的関数と制約条件とを用いて、電力系統１０００の運用状態がより最適な状態になるような、操作量、電圧解、その他従属変数を計算する。運転計画算出部１０２は、数理計画法などの最適化手法を用いて最適潮流計算を行うことで、最適解を計算する。

なお、以下の説明において、電力系統１０００に風力発電機が含まれる場合については特に記載しないが、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、電力系統１０００に風力発電機が含まれる場合には、風力発電機の発電量の所定時間毎の予測値を用いて、発電設備Ｇ及び蓄電設備Ｂの運転計画を算出する。

続いて、本実施形態に係る運転計画生成装置１００が行う最適潮流計算について説明する。運転計画生成装置１００は、式（１）〜（４）のように非線形最適化問題として与えられる最適化問題を解くことにより、最適潮流計算を行う。

Minimize f ( x, u, z ) （１）
Subject to g₁(x, u, z) = 0 （２）
g₂(x, u, z) = 0 （３）
h(x, u, z) ≦0 （４）
ここで、xは電圧解、uは操作量、zは操作量により従属的に決まる変数（発電機Ｇの無効電力や変圧器タップ値など）である。

式（１）は目的関数、式（２）は潮流方程式であらわされる等式制約、式（３）は潮流方程式以外の等式制約（変圧器等の特性、SVC（Static Var Compensator）などの制御ロジック）、式（４）は不等式制約（電圧の指定値、送電線路Ｔの潮流値等）である。

本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、数理計画法などの手法によって、式（１）〜式（４）のように与えられた非線形最適化問題に対して、最適潮流計算を行う。

なお、式（２）において潮流方程式が与えられるが、潮流方程式は電力系統１０００内の各ノードで指定された有効電力と無効電力の供給あるいは消費が各ノードの電圧や線路インピーダンスからなる回路方程式により得られた有効電力と無効電力と一致していることを意味する。

＜目的関数＞
発電機Ｇの有効電力出力の発電コストを算出するための目的関数は、例えば以下の式（５）のように定式化される。

ここで、Gi（i=1〜n）は発電機番号、Gnは発電機の数、P_Gi(t)は時刻tにおける発電機Giの有効電力出力値、a_Gi、b_Gi、c_Giは発電機Giの有効電力P_Gi(t)と発電コストFcostの関係を示す係数である。発電コストFcostは、発電機Giの有効電力出力P_Gi(t)の二次関数で近似されるため、このような定式化が行われる。

＜制約条件＞
次に制約条件について説明する。上述した様に、制約条件には等式制約と不等式制約とが含まれる。本実施形態では、等式制約の例として潮流方程式を含み、不等式制約の例として、電圧の上下限制約や送電線路Ｔの潮流制約、設備容量制約等を含む。

潮流方程式は、例えば式（６）、（７）により表される。式（６）は有効電力成分に関する潮流方程式であり、式（７）は無効電力成分に関する潮流方程式である。

ここで、Giは発電機番号、P_Gi(t)は時刻tにおけるGi発電機の有効電力出力値、Biは蓄電池番号、P_Bi(t)は時刻tにおける蓄電池Biの有効電力出力値、Liは負荷番号、P_Li(t)は時刻tにおける負荷Liの有効電力消費量、Q_Gi(t)は時刻tにおける発電機Giの無効電力出力値、Q_Bi(t)は時刻tにおける蓄電池Biの無効電力出力値、Q_Li(t)は時刻tにおける負荷Liの無効電力消費量、θi(t)、θj(t)は、それぞれ時刻tにおけるノードi、jの位相角の値である。

Vi(t)、Vj(t)は、それぞれ時刻tにおけるノードi、jの電圧振幅の値である。Gij(t)、Bij(t)はそれぞれ時刻tにおける電力系統のアドミタンス行列のi行j列の実部と虚部である。

なお、変圧器タップや調相設備容量を考慮する場合は、アドミタンス行列は変圧器タップや調相設備容量を変数とする関数となる。

送電線路Ｔの潮流制約は、例えば式（８）のように表される。

ここで、θi(t)、θj(t)は、それぞれ時刻tにおけるノードi、jの位相角の値である。Vi(t)、Vj(t)は、それぞれ時刻tにおけるノードi、jの電圧振幅の値である。Gij(t)、Bij(t)はそれぞれ時刻tにおける電力系統のアドミタンス行列のi行j列の実部と虚部である。また、線路熱容量の定格値をP_Rとする。

また電圧の振幅V_i(t)の上下限制約は、例えば式（９）のように表現される。電圧の振幅V_i(t)の上下限制約は、各ノードの電圧の振幅を所定範囲内に維持するための制約である。

ただし、V_Liは電圧の下限値、V_Uiは電圧の上限値である。

その他、設備容量の上下限や変化率などの各種制約については、これらを設備容量制約として与えることができる。設備容量制約には、例えば、以下の（a）〜（j）のような制約が含まれる。

（ａ）発電機Ｇの有効電力出力値上下限制約
（ｂ）発電機Ｇの無効電力出力値上下限制約
（ｃ）発電機Ｇの有効電力出力変化率上下限制約
（ｄ）蓄電池Ｂの有効電力出力値上下限制約
（ｅ）蓄電池Ｂの無効電力出力値上下限制約
（ｆ）蓄電池ＢのSOC上下限制約
（ｇ）調相設備容量上下限制約
（ｈ）変圧器タップ変動幅上下限制約
（ｉ）変圧器移相角上下限制約
（ｊ）運転計画生成対象期間中の蓄電池ＢのSOC（充電率制約条件とも記す）。

上記（ｊ）に示す充電率制約条件は、運転計画の生成対象期間中（本実施形態では例えば１週間）の特定期間（例えば１日）の開始時点及び終了時点における蓄電池Ｂの充電率SOCを定めた制約である。

具体的には、充電率制約条件は、運転計画の対象期間中の特定期間の開始時点（例えば所定時刻）における蓄電池Ｂの充電率である第１充電率と、特定期間の終了時点（例えば翌日の同時刻）における蓄電池Ｂの充電率である第２充電率と、を定めた制約である。

以下に、具体的な例を参照しながら、本実施形態に係る充電率制約条件について説明する。

図５は、運転計画の対象期間を、１週間（月曜日〜日曜日）に設定すると共に、この１週間の各日にそれぞれ対応するように７つの特定期間を設定した場合において、それぞれの特定期間の開始時点及び終了時点における蓄電池Ｂの充電率を設定した充電率制約条件の例を示す。

この充電率制約条件は、月曜日の開始時点（月曜日の０時）における蓄電池Ｂの充電率（第１充電率）を５０％とし、月曜日の終了時点（月曜日の２４時）における蓄電池Ｂの充電率（第２充電率）を４５％とすることを規定している。

同様に、この充電率制約条件は、火曜日の開始時点（＝月曜日の終了時点）における蓄電池Ｂの充電率（第１充電率）を４５％とし、火曜日の終了時点における蓄電池Ｂの充電率（第２充電率）を４０％とすることを規定している。

さらに同様に、この充電率制約条件は、日曜日の開始時点における蓄電池Ｂの充電率（第１充電率）を３５％とし、日曜日の終了時点における蓄電池Ｂの充電率（第２充電率）を５０％にすることを規定している。

なお、本実施形態では、図５中に記載されているように、月曜日から金曜日の各日を平日とし、土曜日及び日曜日を休日とした場合を例示しているが、曜日と平日及び休祝日との対応関係は、特定の関係に限定されるものではない。

例えば、月曜日から金曜日のいずれかの日が国民の祝日である場合には、その日は平日ではなく休祝日としてよい。

さらに、例えば本実施形態に係る電力系統１０００が、ある企業内で運用される電力系統１０００であるような場合には、曜日とは関係なく、その企業の操業日を平日とし、非操業日を休祝日とすればよい。

つまり、本実施形態においては、運転計画の対象期間（例えば１週間）のうち、相対的に電力使用量の多い日と少ない日とを区別できれば良く、そのための一例として、電力使用量が多い日として平日を想定し、少ない日として休祝日を想定しているに過ぎない。

次に、本実施形態に係る充電率制約条件における蓄電池Ｂの充電率の設定方法ついて説明する。

＜第１の方法＞
第１の方法では、運転計画生成装置１００は、毎日の日電力量（電力消費量の予測値の１日の合計値）の比から充電率制約条件のSOCを定める。つまり、運転計画生成装置１００は、1週間の負荷データ（電力消費量の予測値）から各曜日間の日電力量の比率を算出し、これらの比から充電率制約条件のSOCを定める。なお各曜日の日電力量の比率を算出する際には、運転計画生成装置１００は、平日と休祝日とに分けて算出する。

具体的には、運転計画生成装置１００は、平日の各曜日間の日電力量の比率を計算する。平日の各曜日間の日電力量の比率は、平日の全電力量が1となるように正規化した係数である。

また運転計画生成装置１００は、休日の各曜日間の日電力量の比率を計算する。休日の各曜日間の日電力量の比率は、休日の全電力量が1となるように正規化した係数である。

そして運転計画生成装置１００は、SOCの下限値を金曜日の計画終端時のSOC目標値に設定する。

そして運転計画生成装置１００は、平日の各日の日電力量の比率、及び休祝日の各日の日電力量の比率に基づき、毎日のSOC目標値を算出する。

上記処理を数式で説明する。

P_L1、P_L2、…P_L7を１週間の各日の日電力量とする。また、週間計画開始時（月曜日の開始時点）のSOCをSOC₀、週間計画終端時（日曜日の終了時点）のSOCをSOC₇とし、SOCの上下限値をSOC_max 、SOC_minとする。なお、これらの値はあらかじめ与えられているものとする。

平日の日電力量の各曜日間の比率をK₁、K₂、…K₅とすると、K₁、K₂、…K₅は、式（１０）〜（１４）で計算される。

K₁= P_L1/( P_L1+ P_L2+…+ P_L5) （１０）
K₂= P_L2/( P_L1+ P_L2+…+ P_L5) （１１）
K₃= P_L3/( P_L1+ P_L2+…+ P_L5) （１２）
K₄= P_L4/( P_L1+ P_L2+…+ P_L5) （１３）
K₅= P_L5/( P_L1+ P_L2+…+ P_L5) （１４）
ただし、K₁＋K₂＋K₃＋K₄＋K₅=1となる。

また休日の日電力量の各曜日間の比率をK₆、K₇とすると、K₆、K₇は、式（１５）（１６）で計算される。

K₆= P_L6/( P_L6+ P_L7) （１５）
K₇= P_L7/( P_L6+ P_L7) （１６）
ただし、 K₆＋K₇ =1となる。

また金曜日の計画終端時のSOC目標値は、式（１７）となる。

SOC₅= SOC_min （１７）
そして、毎日の計画終端時（月曜日から日曜日の各日の終了時点）のSOC目標値（SOC₁ からSOC₇）は、各曜日間の日電力量の比率K₁…K₇を用いて、式（１８）〜（２４）により算出することができる。

そして運転計画生成装置１００は、式（１８）〜（２４）により算出した各日のSOC目標値を充電率制約条件として、データ記憶部７００に記憶する。

SOC₁= SOC₀−K₁(SOC₀−SOC_min) （１８）
SOC₂= SOC₁−K₂(SOC₀−SOC_min) （１９）
SOC₃= SOC₂−K₃(SOC₀−SOC_min) （２０）
SOC₄= SOC₃−K₄(SOC₀−SOC_min) （２１）
SOC₅= SOC₄−K₅(SOC₀−SOC_min) （２２）
SOC₆= SOC₅＋K₆(SOC₇−SOC_min) （２３）
SOC₇= SOC₆＋K₇(SOC₇−SOC_min) （２４）
ただし、上述した様に、K₁＋K₂＋K₃＋K₄＋K₅=1、K₆＋K₇ =1となる。

なお式（２２）と式（２４）は、理解容易化のために記載しているが、金曜日の計画終端時のSOC目標値は、予め式（１７）により与えられており、同様に、日曜日の計画終端時のSOC目標値SOC₇も予め与えられている。式（２２）及び式（２４）を用いて計算した値は、予め与えられた値と同じになるため、計算を行わなくてもよい。

上記の様に計算することにより、運転計画生成装置１００は、運転計画生成対象期間内の特定期間が平日である場合には、当該特定期間の開始時点における充電率である第１充電率と、終了時点における充電率である第２充電率との差分が、対象期間内の全平日の電力消費量の合計値と、当該特定期間における電力消費量の合計値と、の比率に応じた値になるように第１充電率及び第２充電率の値を定める。

また特定期間が休祝日である場合には、運転計画生成装置１００は、当該特定期間の第１充電率と第２充電率との差分が、対象期間内の全休祝日の電力消費量の合計値と、当該特定期間における電力消費量の合計値と、の比率に応じた値になるように第１充電率及び第２充電率の値を定める。

＜第２の方法＞
第２の方法では、運転計画生成装置１００は、発電機Ｇの発電コストを求めるための目的関数を、制約条件を満たしつつ最小化するように最適化計算を行うことにより、運転計画生成対象期間内の各日のSOC目標値を計算する。

この場合、運転計画生成装置１００は、一日を1時点と考え、1週間一括で最適化計算を行い、SOC目標値を計算する。

運転計画生成装置１００は、式（２５）〜（２８）を用いて最適化計算を行う。

発電機Ｇの有効電力出力の発電コストを表す目的関数は、例えば式（２５）のように表される。

ここで、Gi(i=1〜n)は発電機番号、Gnは発電機Ｇの数、P_Gi(x)は日付xにおける発電機Giの日間での有効電力出力量、a_Gi、b_Gi、c_Giは発電機Giの有効電力と発電コストの関係を示す係数である。発電コストは、発電機Ｇの有効電力出力の二次関数で近似されるため、式（２５）のような定式化が行われる。

次に制約条件について説明する。制約条件のうち、等式制約は需給バランス制約であり、不等式制約は設備容量制約等である。

需給バランス制約は、例えば式（２６）のように表わされる。

ただし、Giは発電機番号、P_Gi(x)は日付xにおける発電機Giの日間での有効電力出力量、Biは蓄電池番号、P_Bi(x)は日付xにおける蓄電池Biの日間での有効電力出力量、Liは負荷番号、 P_Li(t)は日付xにおける負荷Liの日電力量である。

また設備容量制約は、例えば、式（２７）（２８）により表される。

ただし、P_GiMINは日間での発電機Ｇの有効電力出力量の下限値、P_GiMAXは日間での発電機Ｇの有効電力出力量の上限値である。

ただし、SOC_BiMINは蓄電池ＢのSOCの下限値、SOC_BiMAXは蓄電池ＢのSOCの上限値である。

また、週間計画開始時（例えば月曜日の開始時点）および週間計画終了時（例えば日曜日の終了時点）の蓄電池ＢのSOCの値は、あらかじめ設定で決めるものとして制約として組み込む。

運転計画生成装置１００は、上記の目的関数と制約条件を作成し最適化計算を行うことにより、運転計画生成対象期間内の各日のSOC目標値を計算することができる。

そして運転計画生成装置１００は、各日のSOC目標値を充電率制約条件として、データ記憶部７００に記憶する。

＝処理の流れ＝
次に、本実施形態に係る運転計画生成装置１００が、図５に示した充電率制約条件を含む様々な制約条件を満たしつつ、発電コストFcostに関する目的関数を最小化するように最適潮流計算を行う場合の処理の流れを示すフローチャートを図６に示す。

まず運転計画生成装置１００は、データ記憶部７００から、負荷設備Ｌの電力消費量の１時間毎の予測値、太陽光発電機ＰＶからの１時間毎の発電量の予測値、及び系統データを取得する（S1000）。これらの予測値は、各種の気象予報や過去の実績データなどを用いて予め計算されている。

次に運転計画生成装置１００は、発電設備Ｇの発電コストFcostを求めるための目的関数、及び発電設備Ｇ及び蓄電設備Ｂの運転に関する制約条件を、データ記憶部７００から取得する（S1010）。

そして運転計画生成装置１００は最適潮流計算を行い、制約条件を満たしつつ、目的関数を最小化するような、１週間分の発電設備Ｇ及び蓄電設備Ｂの運転計画を生成する(S1020)。

そして運転計画生成装置１００は、生成した運転計画を出力装置１６０あるいは通信装置１３０に出力する（S1030）。

＝運転計画＝
このようにして本実施形態に係る運転計画生成装置１００が、図５に示した充電率制約条件を含む制約条件を満たしつつ、発電コストFcostに関する目的関数を最小化するように生成した１週間分の運転計画を、図７及び図８に示す。

図７に記載されている「負荷有効電力」は、負荷設備Ｌの電力消費量の所定時間毎の予測値を表す。

また同様に、図７に記載されている「太陽光発電機」は、各種の気象予報や過去の発電実績などを用いて予め計算された太陽光発電機ＰＶからの所定時間毎の発電量の予測値である。

図７に示すように、運転計画生成装置１００は、発電機Ｇ１及び発電機Ｇ２の発電コストFcostを最小化するように最適潮流計算を行った結果、平日の月曜日から金曜日の各日においては、１日のうちで「負荷有効電力」が相対的に低くなる時間帯（深夜）に、発電機Ｇ１に対して「負荷有効電力」を上回る電力を発電させて、余剰電力を蓄電池Ｂに充電しておくようにし、蓄電池Ｂに充電しておいた電力を、１日のうちで「負荷有効電力」が相対的に高くなる時間帯（昼間）に放電して、発電機Ｇ１及び発電機Ｇ２の発電量を抑制する、という運転計画を生成している。そのため、発電機Ｇ１の運転が平準化されると共に、発電機Ｇ１、発電機Ｇ２の発電量を全体として抑制することができ、発電機Ｇ１及び発電機Ｇ２を効率的に運用することが可能となる。

また、図８に示すように、運転計画生成装置１００は、図５に示した充電率制約条件を満たすように、各日の蓄電池Ｂの運転計画を生成している。

具体的には、運転計画生成装置１００は、平日の月曜日から金曜日の各日においては、各日の開始時点における蓄電池Ｂの充電率である第１充電率よりも、終了時点における第２充電率の方が小さくなるように蓄電池Ｂの運転計画を生成している。

また運転計画生成装置１００は、休祝日の土曜日及び日曜日においては、各日の開始時点における蓄電池Ｂの充電率である第１充電率よりも、終了時点における第２充電率の方が大きくなるように蓄電池Ｂの運転計画を生成している。

このように、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、１週間の負荷有効電力の変動特性を考慮し、負荷有効電力が休祝日に比べて大きい平日では、1日の最終時刻における蓄電池ＢのSOCが、１日の開始時刻における蓄電池ＢのSOCよりも少なくなるように、蓄電池ＢのSOCを設定する。一方で、負荷有効電力が平日に比べて小さい休祝日では、1日の最終時刻における蓄電池ＢのSOCが、１日の開始時刻における蓄電池ＢのSOCよりも多くなるように、蓄電池ＢのSOCを設定する。

このように設定することにより、負荷有効電力が休祝日に比べて大きな平日においては、蓄電池Ｂの充電率を日々下げていくことにより生み出される電力によって発電機Ｇ１からの発電量を減少させることができる。

逆に負荷有効電力が平日に比べて少ない休祝日においては、蓄電池Ｂの充電率を日々上げていくために必要となる充電電力を発電機Ｇ１に生成させることで、発電機Ｇ１の発電量を増加させることができる。

このようにして、本実施形態に係る運転計画生成装置１００によれば、電力系統１０００内の発電機Ｇ１の発電量をより平準化させるように運転計画が生成されるため、より効率的に電力系統１０００を運用することが可能となる。

なお、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、上記の様にして求めた運転計画を出力装置１６０に出力するか、あるいは通信装置１３０を介して他のコンピュータに送信することで処理を終了するが、図９に示すように、電力系統１０００内の各構成機器を制御するようにすることもできる。

図９に示す例では、運転計画生成装置１００が、２つの発電機Ｇ、蓄電池Ｂ、及び調相設備Ｓに対する制御を行う様子が示されている。

このような態様によれば、より効率的かつ柔軟な電力系統１０００の運用を行うことが可能となる。

次に、本実施形態に係る運転計画生成装置１００によって生成された運転計画を、本実施形態とは異なる装置により生成された運転計画と比較しながら、本実施形態に係る運転計画生成装置１００によって生成された運転計画について説明する。

具体的には、以下に比較例として示す運転計画は、運転計画生成対象期間中（１週間）の各日の開始時点及び終了時点の蓄電池ＢのSOCを毎日５０％に戻すように充電率制約条件を定めて、電力系統１０００に対する最適潮流計算を行った場合に得られた発電機Ｇ及び蓄電池Ｂの運転計画である。なお、充電率制約条件以外の条件は本実施形態と同じである。

図１０は、比較例の充電率制約条件を用いて電力系統１０００に対する最適潮流計算を行った場合に得られた蓄電池Ｂの運転計画を示す。

また図１１は、比較例の充電率制約条件を用いて電力系統１０００に対する最適潮流計算を行った場合に得られた、電力系統１０００内の発電機Ｇ１、発電機Ｇ２、太陽光発電機ＰＶ、負荷Ｌ、蓄電池Ｂのそれぞれの電力需給状況を表す。

そして図１２は、月曜日から日曜日の各日の発電機Ｇの日発電量の計画値を、本実施形態に係る充電率制約条件を用いて算出した場合と、比較例に係る充電率制約条件を用いて算出した場合と、を比較した図である。

図１２に示されているように、本実施形態に係る充電率制約条件を用いて生成した運転計画では、比較例と比べて、平日では、蓄電池Ｂの充電率を日々低下させることにより生じる放電電力により、発電機Ｇによる発電量が減少し、休日では、蓄電池Ｂの充電率を日々上昇させることにより必要となる充電電力により、発電機Ｇによる発電量は増加する結果となり、１週間全体を通してみると、発電機Ｇの運転がより平準化されている。

このように、蓄電池Ｂの1日の最終時刻のSOCを平休日などの曜日情報により異なる値に設定することにより、比較例のように1日単位での負荷平準化ではなく、1週間単位での負荷平準化が行われ、発電機Ｇをより効率的に運用することが可能となる。

＝様々な実施形態＝
上記実施形態では、運転計画の対象期間が月曜日から日曜日までの１週間であり、充電率制約条件の中で、各日の７日分の開始時点及び終了時点における蓄電池Ｂの充電率を定め、しかも、平日の場合は、開始時点の充電率である第１充電率よりも終了時点の充電率である第２充電率の方が小さくなるように蓄電池Ｂの充電率を定め、休祝日の場合は、第１充電率よりも第２充電率の方が大きくなるように蓄電池Ｂの充電率を定める場合について説明したが、充電率制約条件において充電率を定めるタイミングや充電率の値は、適宜変更することができる。

例えば、運転計画の対象期間を１週間とし、そのうちの例えば月曜日についてのみ、開始時点における第１充電率よりも終了時点における第２充電率の方が小さくなるように充電率制約条件を定めてもよい。このような態様によっても、少なくとも月曜日の開始時点における蓄電池Ｂの充電率と、終了時点における蓄電池Ｂの充電率と、の差分に応じて生じる電力が、電力需要の高まる月曜日の昼間に消費されることにより、発電機Ｇの発電量を抑制することができるので、電力系統の効果的な運用を実現することができる。

あるいは、例えば、運転計画の対象期間を１週間とし、そのうちの例えば月曜日及び火曜日の２日間を１つの特定期間として、月曜日の開始時点における第１充電率よりも火曜日の終了時点における第２充電率の方が大きくなるように充電率制約条件を定めてもよい。

このような態様によれば、例えば、気象予報によって水曜日の１日の電力需要の合計値が月曜日の電力需要の合計値及び火曜日の電力需要の合計値に比べて大幅に増加するという予測が得られているような場合に、電力需要が比較的小さい月曜日及び火曜日のうちに蓄電池Ｂに電力を充電しておき、水曜日に蓄電池Ｂに充電しておいた電力を使用する、という運転計画を生成することで、より効率的で適切な電力系統１０００の運用を行うことを可能にできる。

このことからわかるように、充電率制約条件において定められる蓄電池Ｂの充電率は、平日、休祝日に分けて定める必要はなく、例えば、運転計画の対象期間中の特定期間の開始時点における蓄電池Ｂの充電率である第１充電率と、特定期間の終了時点における蓄電池Ｂの充電率である第２充電率とが、互いに異なるように、蓄電池Ｂの充電率を定めるようにすればよい。

このような態様によって、発電機Ｇ、負荷Ｌ及び蓄電池Ｂを備えて構成される電力系統１０００における発電機Ｇ及び蓄電池Ｂの運転計画を生成するに際し、より適切な発電機Ｇ及び蓄電池Ｂの運転計画を生成することが可能となる。

また、運転計画の対象期間中の特定期間における電力消費量の予測値の合計値が所定値よりも大きい場合には、第１充電率よりも第２充電率の方が小さくなるように蓄電池Ｂの充電率を定め、特定期間における電力消費量の予測値の合計値が所定値以下の場合には、第１充電率よりも第２充電率の方が大きくなるように蓄電池Ｂの充電率を定めるようにすることもできる。

このような態様によれば、運転計画の対象期間中において電力消費量が相対的に小さな特定期間中に蓄電池Ｂに電力を充電しておき、電力消費量が相対的に大きな特定期間中に、蓄電池Ｂに充電しておいた電力を使用する、という運転計画を生成することができるので、より効率的で適切な電力系統１０００の運用を行うことが可能になる。

なお、上記所定値の値は、過去の実績や気象予報などの情報を用いて適宜設定すればよい。

また、運転計画の対象期間中の開始時点及び終了時点の蓄電池Ｂの充電率が等しくなるように、運転計画の対象期間中の各特定期間における充電率の変化量を定めるようにしても良い。

例えば、図５に示したように、運転計画の対象期間を月曜日から日曜日までの１週間とした場合に、月曜日の開始時点の蓄電池Ｂの充電率と、日曜日の終了時点の蓄電池Ｂの充電率と、が等しくなるように、各曜日における蓄電池Ｂの充電率の変化量を定めるとよい。

このような態様によれば、毎週、１週間単位で運転計画を継続的に生成することが容易にできる。

なお、運転計画の対象期間を、連続する７暦日の各日に対応する７つの特定期間を含むようにした場合には、運転計画の対象期間の中に、電力消費量が相対的に多い平日（一般的には月曜日から金曜日）と、電力消費量が相対的に少ない休祝日（一般的には土曜日及び日曜日）と、を含むようにでき、発電機Ｇの発電量の平準化を図る際に蓄電池Ｂをより活用することができるようになるため、より効率的で好ましい運転計画を生成することが可能となる。

また、式（１８）〜（２４）に示したように、運転計画生成対象期間内の特定期間が平日である場合には、当該特定期間の開始時点における充電率である第１充電率と、終了時点における充電率である第２充電率との差分が、対象期間内の全平日の電力消費量の合計値と、当該特定期間における電力消費量の合計値と、の比率に応じた値になるように第１充電率及び第２充電率の値を定め、また、特定期間が休祝日である場合には、当該特定期間の第１充電率と第２充電率との差分が、対象期間内の全休祝日の電力消費量の合計値と、当該特定期間における電力消費量の合計値と、の比率に応じた値になるように第１充電率及び第２充電率の値を定めるようにすることも効果的である。

このような態様によれば、運転計画生成対象期間内のそれぞれの特例期間における電力需要の差に応じて、蓄電池Ｂへの充電量及び放電量が制御されるので、より一層合理的に電力系統１０００内の発電機Ｇの発電量を平準化することが可能となる。

以上、本実施形態に係る運転計画生成装置１００について説明したが、本実施形態に係る運転計画生成装置１００によれば、発電機Ｇ、負荷Ｌ及び蓄電池Ｂを備えて構成される電力系統１０００における発電機Ｇ及び蓄電池Ｂの運転計画を生成するに際し、より適切な発電機Ｇ及び蓄電池Ｂの運転計画を生成することが可能となる。

なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１００ 運転計画生成装置
１０１ 取得部
１０２ 運転計画算出部
１１０ ＣＰＵ
１２０ メモリ
１３０ 通信装置
１４０ 記憶装置
１５０ 入力装置
１６０ 出力装置
１７０ 記録媒体読取装置
６００ 制御プログラム
７００ データ記憶部
８００ 記録媒体
１０００ 電力系統
Ｂ 蓄電池
Ｇ 発電機
Ｌ 負荷
ＰＶ 太陽光発電機
Ｓ 調相設備
Ｔ 送電線路

Claims (9)

1. 発電設備、負荷設備及び蓄電設備を備えて構成される電力系統における前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置であって、
   前記発電設備の発電コストを算出するための目的関数、及び前記発電設備及び前記蓄電設備の運転に関する制約条件を取得する取得部と、
   前記運転計画の対象期間中における前記負荷設備の電力消費量の予測値に基づいて、前記制約条件を満たしつつ前記目的関数の値を最小にするような、前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を算出する運転計画算出部と、
   を備え、
   前記制約条件には、前記対象期間中の特定期間の開始時点における前記蓄電設備の充電率である第１充電率と、前記特定期間の終了時点における前記蓄電設備の充電率である第２充電率とが、異なるように、前記蓄電設備の充電率を定めた充電率制約条件が含まれ、
   前記特定期間は、日を単位とする平日のみあるいは休祝日のみからなる１日以上の期間であり、
   前記充電率制約条件には、前記特定期間が平日のみからなる場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が小さくなるように前記蓄電設備の充電率が定められ、前記特定期間が休祝日のみからなる場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が大きくなるように前記蓄電設備の充電率が定められる
   ことを特徴とする運転計画生成装置。
2. 請求項１に記載の運転計画生成装置であって、
   前記運転計画の対象期間は１週間であり、
   前記特定期間は１日であり、
   前記運転計画の対象期間には、前記１週間の各日に対応する７つの前記特定期間が含まれる
   ことを特徴とする運転計画生成装置。
3. 請求項２に記載の運転計画生成装置であって、
   前記特定期間が平日である場合には、当該特定期間の前記第１充電率と前記第２充電率との差分は、前記対象期間内の全平日の前記電力消費量の合計値と、当該特定期間における前記電力消費量の合計値と、の比率に基づいて定められ、
   前記特定期間が休祝日である場合には、当該特定期間の前記第１充電率と前記第２充電率との差分は、前記対象期間内の全休祝日の前記電力消費量の合計値と、当該特定期間における前記電力消費量の合計値と、の比率に基づいて定められる
   ことを特徴とする運転計画生成装置。
4. 請求項２または３に記載の運転計画生成装置であって、
   前記対象期間の開始時点における前記蓄電設備の充電率と、前記対象期間の終了時点における前記蓄電設備の充電率と、が等しくなるように、前記対象期間内の前記各特定期間における充電率の変化量が定められる
   ことを特徴とする運転計画生成装置。
5. 発電設備、負荷設備及び蓄電設備を備えて構成される電力系統における前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置であって、
   前記発電設備の発電コストを算出するための目的関数、及び前記発電設備及び前記蓄電設備の運転に関する制約条件を取得する取得部と、
   前記運転計画の対象期間中における前記負荷設備の電力消費量の予測値に基づいて、前記制約条件を満たしつつ前記目的関数の値を最小にするような、前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を算出する運転計画算出部と、
   を備え、
   前記制約条件には、前記対象期間中の特定期間の開始時点における前記蓄電設備の充電率である第１充電率と、前記特定期間の終了時点における前記蓄電設備の充電率である第２充電率とが、異なるように、前記蓄電設備の充電率を定めた充電率制約条件が含まれ、
   前記充電率制約条件には、前記特定期間における前記電力消費量の予測値の合計値が所定値よりも大きい場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が小さくなるように前記蓄電設備の充電率が定められ、前記特定期間における前記電力消費量の予測値の合計値が前記所定値以下の場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が大きくなるように前記蓄電設備の充電率が定められる
   ことを特徴とする運転計画生成装置。
6. 発電設備、負荷設備及び蓄電設備を備えて構成される電力系統における前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置の制御方法であって、
   前記運転計画生成装置は、前記運転計画の対象期間中の特定期間の開始時点における前記蓄電設備の充電率である第１充電率と、前記特定期間の終了時点における前記蓄電設備の充電率である第２充電率とが、互いに異なるように、前記蓄電設備の充電率を定めた充電率制約条件を含む、前記発電設備及び前記蓄電設備の運転に関する制約条件を満たしつつ、前記発電設備の発電コストを算出するための目的関数を最小にするように前記運転計画を生成し、
   前記特定期間は、日を単位とする平日のみあるいは休祝日のみからなる１日以上の期間であり、
   前記充電率制約条件には、前記特定期間が平日のみからなる場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が小さくなるように前記蓄電設備の充電率が定められ、前記特定期間が休祝日のみからなる場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が大きくなるように前記蓄電設備の充電率が定められる
   ことを特徴とする運転計画生成方法。
7. 発電設備、負荷設備及び蓄電設備を備えて構成される電力系統における前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置の制御方法であって、
   前記運転計画生成装置は、前記運転計画の対象期間中の特定期間の開始時点における前記蓄電設備の充電率である第１充電率と、前記特定期間の終了時点における前記蓄電設備の充電率である第２充電率とが、互いに異なるように、前記蓄電設備の充電率を定めた充電率制約条件を含む、前記発電設備及び前記蓄電設備の運転に関する制約条件を満たしつつ、前記発電設備の発電コストを算出するための目的関数を最小にするように前記運転計画を生成し、
   前記充電率制約条件には、前記特定期間における前記負荷設備の電力消費量の予測値の合計値が所定値よりも大きい場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が小さくなるように前記蓄電設備の充電率が定められ、前記特定期間における前記電力消費量の予測値の合計値が前記所定値以下の場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が大きくなるように前記蓄電設備の充電率が定められる
   ことを特徴とする運転計画生成方法。
8. 発電設備、負荷設備及び蓄電設備を備えて構成される電力系統における前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置に、
   前記運転計画の対象期間中の特定期間の開始時点における前記蓄電設備の充電率である第１充電率と、前記特定期間の終了時点における前記蓄電設備の充電率である第２充電率とが、互いに異なるように、前記蓄電設備の充電率を定めた充電率制約条件を含む、前記発電設備及び前記蓄電設備の運転に関する制約条件を満たしつつ、前記発電設備の発電コストを算出するための目的関数を最小にするように前記運転計画を生成する手段
   を実現するためのプログラムであり、
   前記特定期間は、日を単位とする平日のみあるいは休祝日のみからなる１日以上の期間であり、
   前記充電率制約条件には、前記特定期間が平日のみからなる場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が小さくなるように前記蓄電設備の充電率が定められ、前記特定期間が休祝日のみからなる場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が大きくなるように前記蓄電設備の充電率が定められる
   ことを特徴とするプログラム。
9. 発電設備、負荷設備及び蓄電設備を備えて構成される電力系統における前記発電設備及び前記蓄電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置に、
   前記運転計画の対象期間中の特定期間の開始時点における前記蓄電設備の充電率である第１充電率と、前記特定期間の終了時点における前記蓄電設備の充電率である第２充電率とが、互いに異なるように、前記蓄電設備の充電率を定めた充電率制約条件を含む、前記発電設備及び前記蓄電設備の運転に関する制約条件を満たしつつ、前記発電設備の発電コストを算出するための目的関数を最小にするように前記運転計画を生成する手段
   を実現するためのプログラムであり、
   前記充電率制約条件には、前記特定期間における前記負荷設備の電力消費量の予測値の合計値が所定値よりも大きい場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が小さくなるように前記蓄電設備の充電率が定められ、前記特定期間における前記電力消費量の予測値の合計値が前記所定値以下の場合には、前記第１充電率よりも前記第２充電率の方が大きくなるように前記蓄電設備の充電率が定められる
   ことを特徴とするプログラム。

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