JP6417063B1 - 発電システム、制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電電力が商用電力系統に対する連系容量を超過することなく系統連系できる発電システムを提供する。
【解決手段】発電システム１０は、太陽光発電設備１１と、風力発電設備１４と、電力を蓄電する蓄電池設備１７と、太陽光発電設備１１と、風力発電設備１４、および蓄電池設備１７を制御する制御設備に指令を送信する制御装置２０と、を備え、制御装置２０は、太陽光発電設備１１および風力発電設備１４の発電電力を予測した太陽光発電設備と風力発電設備の予測合計発電電力値と、蓄電池設備１７の現時刻の電池容量による充電可能電力値から、予測合計発電電力値が商用電力系統に対する連系容量を超過すると予測された場合、蓄電池設備１７の放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更し、連系容量を超過しないように、放電させる制御をすることで、連系容量を超過すると予測された時刻における連系容量からの超過発電電力を吸収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、再生可能エネルギーを用いた発電システム、制御装置および制御方法に関する。

枯渇の可能性がある化石エネルギーを用いずに、自然界に存在する再生可能エネルギーを電力エネルギーに変換する代表的な発電方法として太陽光発電と風力発電を挙げることができる。これら再生可能エネルギー利用した発電は、地球温暖化の主因となる二酸化炭素をほとんど発生させないことから、地球規模の温暖化という環境問題を解決する手段として全世界で普及が進行しつつある。

一方、再生可能エネルギーを利用した発電設備で発電された電力は、多くの場合、商用の電力系統に連系されるが、現時点の国内の一部地域では、系統連系容量の空きがないことによる発電設備への連系ができない問題が発生している。

このため、太陽光発電の発電特性(気象条件・日照時間等による)を活かし、既設の太陽光発電がもつ連系容量内に風力発電を追設し、風力発電の発電電力を制御する、太陽光発電と風力発電を協調させた発電システムが開発されている。

特許文献１では、「ハイブリッド発電制御装置は、第１発電設備の発電電力を予測する発電電力予測手段と、商用電力系統に対して予め設定された上限の電力である連系容量から発電電力予測手段により予測された第１発電設備の発電電力の予測値を差し引いた電力値に基づき、第２発電設備の発電電力の制約値を算出し、算出した制約値を第２の発電設備制御装置に設定する制約値設定手段と、を有するハイブリッド発電システム」が提案されている。

特許第６１０８５１０号公報

発電事業者がこのハイブリッド発電装置を商用の電力系統と連系させる場合には、事前にこのハイブリッド発電装置の最大発電電力（以下、連系容量という）が定められる。そして、このハイブリッド発電装置は、この連系容量を超過する電力を商用の電力系統へ供給することはできない。

特許文献１は、既設の太陽光発電設備に風力発電設備を追加したハイブリッド発電システムであり、発電電力が商用電力系統に対する連系容量を超過することなく設備利用利率を向上させることを可能とするものである。しかしながら、風力発電の発電電力を抑制する時間帯（回数）が多い。また、風力発電の発電電力の抑制を少なくするには、太陽光発電（太陽光発電の連系容量）に対する風力発電の導入量を下げる必要があった。また、導入量を下げた場合において、風力発電設備の発電電力の制限を行っていても、太陽光発電設備と風力発電設備の急峻な発電電力変動により合計発電電力値が連系容量を超過することが稀にある問題があった。

本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、発電電力が商用電力系統に対する連系容量を超過することなく系統連系できる発電システム、制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る発電システムは、第１エネルギー源により電力を発電する第１発電設備と、第２エネルギー源により電力を発電する第２発電設備と、電力を蓄電する蓄電池設備と、第１発電設備、第２発電設備、および蓄電池設備を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、第１発電設備および第２発電設備の発電電力を予測した第１発電設備と第２発電設備の予測合計発電電力値と、蓄電池設備の現時刻の電池容量と、商用電力系統に対する連系容量とから、予測合計発電電力値が連系容量を超過すると予測される時刻（例えば、図４の時刻ｔ_４、図７の時刻ｔ_０＋Ｔ）の連系容量からの超過発電電力を吸収可能な蓄電池の電池容量目標値を決定することを特徴とする。

また、第１発電設備および第２発電設備の発電電力を予測した第1発電設備と第２発電設備の予測合計発電電力値と、蓄電池設備の現時刻の電池容量による充電可能電力値から、商用電力系統に対する連系容量を予測合計発電電力値が超過すると予測された場合、蓄電池設備の放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更し、連系容量を超過しないように放電させる制御をすることで、蓄電池設備が連系容量を超過すると予測された時刻における超過発電電力を吸収することを特徴とする。ここで、放電タイミングとは、放電開始時刻および放電終了時刻のことを指す。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。

なお、第１発電設備の一態様は、太陽光をエネルギー源とする太陽光発電設備であり、第２発電設備の一態様は、風力をエネルギー源とする風力発電設備とすることができるが、必ずしもこれに限定されない。

本発明によれば、第１発電設備と第２発電設備と蓄電池設備の合計発電電力値が商用電力系統に対する連系容量を超過することなく系統連系できる。また、第１発電設備および第２発電設備の急峻な発電電力変動による連系容量からの超過に対しても、蓄電池設備で吸収できる。

実施形態に係る発電システムの構成の一例を示す図である。 太陽光発電設備の発電電力と風力発電設備の発電電力と蓄電池設備の充放電電力の合計発電電力値が、連系容量を超過しない一例を示す図である。 太陽光発電設備の発電電力と風力発電設備の発電電力と蓄電池設備の充放電電力の合計発電電力値が、連系容量を超過する一例を示す図である。 図３で挙げた太陽光発電設備の発電電力と風力発電設備の発電電力と蓄電池設備の充放電電力の合計発電電力値における連系容量からの超過発電電力を抑制する制御を行った図である。 図４に対して、放電タイミングを早くして、太陽光発電設備の発電電力と風力発電設備の発電電力と蓄電池設備の充放電電力の合計発電電力値における連系容量からの超過発電電力を抑制する制御を行った図である。 放電レートの算出処理を示すフローチャートである。 合計発電電力値が連系容量を超過する場合、時刻ｔ_０における電池容量により放電レートが変更される一例を示す図である。 太陽光発電設備の発電電力と風力発電設備の発電電力の予測合計発電電力値が連系容量を超過しないと予測されている場合の制御の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、実施形態に係る発電システム１０の構成の例を示す図である。図１は、異なる２つの発電設備として、第１エネルギー源により電力を発電する第１発電設備として太陽光発電設備１１と、第２エネルギー源により電力を発電する第２発電設備として風力発電設備１４を用いた発電システムの構成図を示す。図１に示すように、発電システム１０は、太陽光発電設備１１と、太陽光発電制御設備１２と、風力発電設備１４と、風力発電制御設備１５と、蓄電池設備１７と、蓄電池制御設備１８と、制御装置２０とを含んで構成される。そして、太陽光発電設備１１と風力発電設備１４と蓄電池設備１７には、それぞれの発電電力を計測する電力計１３、１６、１９が設けられている。なお、太陽光発電設備１１と風力発電設備１４と蓄電池設備１７とが接続される地点を連系点２９とした。

これより以下の説明では、異なる２つの発電設備は、第１発電設備として太陽光発電設備１１と、第２発電設備として風力発電設備１４とするが、本組み合わせは太陽光発電設備と風力発電設備には限定されない。例えば、複数の太陽光発電設備の組み合わせ、複数の風力発電設備との組み合わせ、水力発電設備とそれらの組み合わせ等がある。

また、蓄電池設備１７は、各発電設備および各発電設備の合計発電電力値に対し、充放電制御が行える。また、異なる２つの発電設備のうち、少なくとも１つの発電設備に自らの発電電力を制限可能な発電電力制限手段を備えた発電設備があり、本実施形態において、発電電力制限手段は、風力発電設備１４に備わっているものとするが、風力発電設備１４には限定されない。具体的には、発電電力制限手段として、風力発電においては風車のブレードのピッチ制御、発電機の励磁電流制御により発電電力を制限する手段、太陽光発電においてはパワーコンディショナーの制御により発電電力を制限する手段がある。

制御装置２０には、商用電力系統３０に対する連系容量を超えないように、太陽光発電設備１１と風力発電設備１４の各発電設備の発電電力を予測する太陽光・風力発電電力予測部２１と、蓄電池設備１７の放電仕様（放電タイミング、放電レート）を決定する放電仕様決定部２４（図６参照）、蓄電池設備１７の充放電の制御指令や、現時刻の電池容量による充放電可能電力の算出および将来の電池容量の算出をする蓄電池設備充放電制御管理部２２から構成される。そして、制御装置２０には、太陽光・風力発電電力予測部２１で気象観測所４０より利用したデータやそれによる発電電力予測値、蓄電池設備充放電制御管理部２２から蓄電池制御設備１８に与えた充放電指令値といった各データを記憶する記憶部２３（データ格納部）を備えている。図１では、本願発明の特徴を明瞭にするため、蓄電池設備充放電制御管理部２２とは別体として放電仕様決定部２４を設けているが、蓄電池設備充放電制御管理部２２内に、放電仕様決定部２４を設けてもよい。ここで、本願で用いる電池容量とは、蓄電池設備１７の充電量のことを表している。また、放電タイミングとは、放電開始時刻および放電終了時刻のことを指す。

なお、図１において、矢印付きの太実線は、電力線および電力が流れる方向を表し、矢印付きの細実線は、制御または情報の伝送線およびその伝送方向を表している。また、この電力線（矢印付きの太実線）の途中には、直流電力を交流電力に変換するインバータや変圧器などが適宜設けられているが、ここでは、その図示を省略している。

（発電システムの特徴）
本実施形態の発電システム１０は、下記の手順で発電を行う。
（１）異なる２つの発電設備の将来の発電電力を過去データや天候から予測し、
（２）（１）による予測発電電力値を用いた異なる２つの発電設備の合計発電電力値が連系容量を超過するか否かを判断し、さらに現時刻の蓄電池設備の電池容量の充電可能電力を算出し、
（３）連系容量を超過すると予測された場合は、超過する前に放電タイミング、放電レートを変更しながら放電を行うことで、連系容量超過時の、超過発電電力を吸収する。
（４）（３）により異なる２つの発電設備と蓄電池設備の合計発電電力値が連系容量を超過せずに、異なる２つの発電設備の発電電力を最大限に発電することができる。
（５）（３）の制御においても、連系容量からの超過発電電力が、電池容量に対する充電可能電力を上回る場合、吸収できない超過発電電力分のみ発電電力制限手段を持つ発電設備が発電電力を制限する。

（本発電システムの効果）
（ａ）異なる２つの発電設備に蓄電池設備を併設させることで、異なる２つの発電設備の合計発電電力値が連系容量を超過しないよう、異なる２つの発電設備の予測発電電力値の算出や、現時刻の蓄電池設備の電池容量による充電可能電力を算出し、放電タイミングや放電レートを変更し、連系容量を超過しないように放電させる制御をすることで、蓄電池設備が連系容量からの超過発電電力を吸収することができる。
（ｂ）本実施形態では、異なる２つの発電設備の発電電力の予測を過去のデータや気象情報などから行うことで、将来の発電設備の発電電力を予測している。
（ｃ）放電タイミングおよび放電レートの変更後の放電によっても連系容量からの超過発電電力を吸収できない場合、発電電力制限手段を持った発電設備が発電電力の制限を行うことができる。
（ｄ）ここで、異なる２つの発電設備のうち、過積載の発電設備がある場合においても、放電タイミングおよび放電レートの変更し、連系容量を超過しないように放電させる制御方法を用いることで、連系容量からの超過発電電力を蓄電池設備で吸収できる。

図１に示す制御装置２０について、さらに詳細に説明する。
（制御装置）
制御装置２０は、太陽光発電設備１１および風力発電設備１４で発電された電力を、予め設定された商用電力系統３０に対する連系容量を超過しないように調整して、商用電力系統３０へ供給する役割を果たす。制御装置２０には、この調整を適切に行うために、太陽光・風力発電電力予測部２１が設けられている。また、風力発電設備１４には、風力発電制御設備１５の指示に従って風車の羽根（以下、ブレードという）の角度を制御（ピッチ制御）や、発電機の励磁電流制御をすることで、発電電力を調整する機能が備えられている。なお、近年、風車のブレード制御の応答時間の短縮化が進み、現状では、その応答時間は、分単位、さらには秒単位で表されるものとなっている。

（太陽光発電電力予測）
太陽光・風力発電電力予測部２１は、所定の時間（例えば３０分）ごとに気象観測所４０から取得される情報に基づき、現時刻から前記所定の時間の間の日射量などを予測し、その予測結果に基づき太陽光発電設備１１の発電電力を予測する。

太陽光・風力発電電力予測部２１における太陽光発電電力を予測する方法としては、様々な方法を用いることができる。例えば、気象衛星による雲画像を利用した日射量予測、気象予報に基づく日射量予測、当該太陽光発電設備１１による過去の発電データを利用した日射量予測や機械学習による日射量予測、さらには、これらを組み合わせた予測など、そのいずれを用いてもよい。また、これらの太陽光発電電力の予測において、日射量の他に、気圧、気温、降水量、相対湿度、風速、および、これらの時間的な変化量から選ばれた１つまたは複数のデータを組み合わせて用いることは、予測の精度向上を図る上で有効である。

本実施形態では、以上のような太陽光発電電力の予測をする基礎となる日射量などのデータは、気象観測所４０から得られるものとしている。したがって、ここでいう気象観測所４０とは、気象衛星、気象台、測候所、その他の気象観測ポイントで観測された気象データを提供する気象情報提供センタのことを指す。

さらに、気象観測所４０は、太陽光発電設備１１の近傍に独自に設けられたものであってもよい。この場合には、太陽光発電設備１１の近傍で観測された日射量、気圧、気温、降水量、相対湿度、風速などのデータを用いることができるため、太陽光発電電力の予測精度を向上させることができる。また、独自の気象観測所４０の設置時に、その設置場所を予め最適化しておくことは、太陽光発電電力の予測精度向上を図る上で効果があることは言うまでもない。

また、ここでいう独自の気象観測所４０は、気象観測機器に加えて、気象衛星データを入手するシステムや、全天空写真を撮影するための魚眼カメラなどを備えていてもよい。あるいは、気象観測機器を備えず、その他の機器だけで構成されていてもよい。魚眼カメラでは、全天空における太陽の位置と雲の位置関係を直接に表した画像を得ることができることから、その画像の解析により数秒あるいは数分先の日射量を高精度に予測することができる。

本実施形態に係る制御装置２０は、気象観測所４０から得られた様々なデータ、特に太陽光・風力発電電力予測部２１での予測に利用されたデータを、日時、予測結果、実績発電電力などに関連付けて蓄積するための記憶部２３を備えている。このようなデータが記憶部２３に蓄積されると、太陽光・風力発電電力予測部２１は、その後の太陽光発電電力の予測時に、過去の類似した日時における同様の気象条件下での予測結果および実績発電電力を利用することができる。その結果、太陽光・風力発電電力予測部２１は、そのとき予測した太陽光発電電力の発電電力予測値を過去の実績値やその統計値に照らして補正したりすることが可能になるので、予測精度の向上が図られる。

なお、以上に説明したいずれの予測方法においても、気象観測データや太陽光発電電力の予測データには必ず誤差が伴うことを考慮しておく必要がある。そして、それらのデータの誤差の傾向や相関関係がわかっている場合には、バイアス補正などの手法を適用するなど、誤差を予測し加味した補正をすることが可能となる。このような誤差を考慮した予測値の補正により、太陽光発電電力の発電電力予測値の精度の向上が期待される。

（風力発電電力予測）
太陽光・風力発電電力予測部２１は、気象観測所４０から得られる様々なデータに基づき、太陽光発電設備１１の発電電力だけでなく、風力発電設備１４の発電電力を予測する。気象観測所４０から得られた様々なデータとくに太陽光・風力発電電力予測部２１での予測に利用されたデータは、日時、予測結果、実績発電電力などに関連付けて記憶部２３に蓄積される。その結果、その後の太陽光発電電力および風力発電電力の予測時に、過去の類似した日時における同様の気象条件下での予測結果および実績発電電力を利用することができることとなり、予測精度の向上を期待することができる。

太陽光発電設備１１に用いられる太陽光発電パネルは、多結晶シリコン型発電素子、単結晶シリコン型発電素子、薄膜型発電素子などで構成されるものとするが、素子の種類をとくに限定するものではない。

蓄電池設備１７の蓄電池としては、鉛電池、リチウムイオン電池、ナトリウム硫黄電池、ニッケル水素電池、レドックスフロー電池、燃料電池、キャパシタ電池などを使用することができる。また、蓄電池制御設備１８は、制御装置２０からに指示に従い、蓄電池設備１７の充放電を制御する。この際、蓄電池設備１７に予め設定された電池容量の目標値に向かって充放電制御を行う。ここで、電池容量の目標値は蓄電池の種類や、季節、時間帯、蓄電池で推奨される値などによって変わるため、一様にはならない。また、電池容量の目標値は一定の値とは限らず、常に可変して最適な値に設定される。なお、蓄電池の場合、その劣化などを考慮する必要があり、蓄電池サイクル数や充電率（ＳＯＣ：State of Charge）の管理など特有の制御が必要となるが、ここではその制御については説明を省略する。

以上のような構成により、太陽光発電設備１１で発電される太陽光発電電力予測値と風力発電設備１４で発電される風力発電電力予測値との予測合計発電電力値が予め設定された連系容量を超過する場合には、その超過すると予測される超過発電電力を、蓄電池設備１７に吸収して蓄えることができる。また、供給すべき電力が不足する場合には、その不足する電力を蓄電池設備１７からの放電電力で補うことができる。すなわち、本実施形態の発電システム１０は、発電電力が商用電力系統に対する連系容量を超過することなく系統連系できるとともに、発電電力の時間的な変動を抑制することが可能になるという効果を期待することができる。

図２は、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２が、連系容量を超過しない例を示す図である。適宜図１を参照する。ここでは、制御装置２０は、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２は商用電力系統に対する連系容量５３を超過しない制御を行う。太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の合計発電電力値５１が連系容量５３を下回る場合は、制御装置２０は、連系容量５３を超過しないように放電を行う。他方、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の合計発電電力値５１が連系容量５３を超過する場合は、蓄電池設備１７で太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の合計発電電力値５１の連系容量５３からの超過発電電力５４の吸収を行う。その結果、制御装置２０は、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２が連系容量５３を超過せずに制御することができる。

次に、図２の制御方法の課題を、図３を参照して説明する。
図３は、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２が、連系容量５３を超過する例を示す図である。適宜図１、図２を参照する。図３において、蓄電池設備１７の充放電制御は現時刻での太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の合計発電電力値５１Ａから逐一充放電制御を行っている。そこで、時刻ｔ_２より前は、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の合計発電電力値５１Ａは連系容量５３を下回っているため、制御装置２０は、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２が連系容量５３を超過しないように放電を行う。

そこで、時刻ｔ_２において、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の合計発電電力値５１Ａの上昇により連系容量５３を超過すると、蓄電池設備１７により、連系容量５３からの超過発電電力５４に対して吸収を始める。しかし、時刻ｔ４で電池容量５５が電池容量上限値５６に達してしまうと、それ以上吸収できず、また、太陽光発電電力と風力発電電力の合計発電電力値５１の上昇に、風力発電設備１４の発電電力制限手段の応答性の遅れから風力発電設備１４の制御ができず、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２は連系容量５３からの超過発電電力５４Ａのように連系容量５３を超過してしまう。

ここで、電池容量上限値５６および電池容量下限値５７は、使用する蓄電池の推奨される電池容量の上下限値によって決定されるため、一定の上下限値にはならない。

図４は、図３で挙げた太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２における連系容量５３からの超過発電電力５４Ａを抑制する制御を行った図である。適宜図１〜図３を参照する。ここで、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２は、連系容量５３を超過してはならない。

時刻ｔ_１において、太陽光・風力発電電力予測部２１は、例えばＴ分後の太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の各発電電力予測値を算出する。放電仕様決定部２４は、各発電電力予測値の予測合計発電電力値５１Ｂおよび現時刻の電池容量５５による充電可能電力に基づき、時刻ｔ_４おいて予測した太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の予測合計発電電力値５１Ｂが連系容量５３を超過することが予測された場合、電池容量が多い場合は、放電レートを上げる決定をする。決定された放電レートに基づき蓄電池設備充放電制御管理部２２、蓄電池制御設備１８を介して、蓄電池設備１７から放電する。これにより、連系容量５３を超過する時刻ｔ_４に達する前に図３における電池容量５５Ａよりも低い電池容量５５Ｂとし、時刻ｔ_４（予測すべき時刻）に達した時に、電池容量目標値５８を達成することで、連系容量５３からの超過発電電力５４Ａを蓄電池設備１７で吸収することができる。このように、超過発電電力５４Ａを予測した上で、事前に連系容量５３からの超過発電電力５４Ａを蓄電池設備１７で吸収可能となるように制御を行うことで、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の合計発電電力値５１Ａの上昇による連系容量５３の超過発電電力５４Ａを抑制できる。

実施形態の電池容量目標値５８は、将来の発電予測が連系容量５３を超過し、蓄電池設備１７への充電が想定される場合に、充電開始前（予測すべき時刻である時刻ｔ４または図７で後記する時刻ｔ_０＋Ｔ）までに、充電開始前後に予測される発電電力を勘案した目標値（蓄電池設備１７への充電必要量）の例である。

図５は、図４に対して、放電タイミングを早くして、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２における連系容量５３からの超過発電電力５４Ａを抑制する制御を行った図である。適宜図１〜図４を参照する。放電仕様決定部２４は、図４と比較して、時刻ｔ_０（ｔ_０＜ｔ_１）において、太陽光・風力発電電力予測部２１は、例えばＴＬ分後（Ｔ＜ＴＬ）の太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の各発電電力予測値を算出する。放電仕様決定部２４は、各発電電力予測値の予測合計発電電力値５１Ｂおよび現時刻の電池容量５５Ｃによる充電可能電力に基づき、時刻ｔ_４において予測した太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の予測合計発電電力値５１Ｂが連系容量５３を超過することが予測された場合、電池容量が多い場合は、放電レートを上げる決定をする。決定された放電レートに基づき蓄電池設備充放電制御管理部２２、蓄電池制御設備１８を介して、蓄電池設備１７から放電する。

図５の場合、図４で放電を開始した時刻ｔ_１よりも早い放電タイミングの時刻ｔ_０において放電を行うことで、時刻ｔ_４における連系容量からの超過発電電力５４Ａを吸収することができる。

図６は、放電レートの算出処理を示すフローチャートである。適宜図１を参照する。はじめに、太陽光・風力発電電力予測部２１は、現時点の時刻ｔ_０における太陽光発電設備１１の電力値ＰＰＶ_０および風力発電設備１４の電力値ＰＷＦ_０を、電力計１３、１６より取得する（ステップＳ１０）。

放電仕様決定部２４は、時刻ｔ_０における電池容量ＢＡＴ_０を記憶部２３から取得する（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ１１で取得したＢＡＴ_０による蓄電池設備１７の充電可能電力値ＰＢＡＴを算出する（ステップＳ１２）。太陽光・風力発電電力予測部２１は、Ｔ分後の太陽光発電設備１１の電力予測値ＰＰＶ_ｆおよび風力発電設備１４の電力予測値ＰＷＦ_ｆを算出する（ステップＳ１３）。なお、電池容量ＢＡＴ_０の単位は、％であり、充電可能電力値ＰＢＡＴの単位は、ｋＷである。

放電仕様決定部２４は、ステップＳ１３から算出したＰＰＶ_ｆとＰＷＦ_ｆの合計発電電力値（ＰＰＶ_ｆ＋ＰＷＦ_ｆ）が連系容量ＰＬより大きいか否かを判定する（ステップＳ１４）。予測合計発電電力値（ＰＰＶ_ｆ＋ＰＷＦ_ｆ）が連系容量ＰＬより大きい場合（ステップＳ１４，Ｙｅｓ）、ステップＳ１５に進み、予測合計発電電力値（ＰＰＶ_ｆ＋ＰＷＦ_ｆ）が連系容量ＰＬ以下である場合（ステップＳ１４，Ｎｏ）、ステップＳ１０およびステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１５において、放電仕様決定部２４は、超過発電電力（（ＰＰＬ_ｆ＋ＰＷＦ_ｆ）−ＰＬ）が充電可能電力値ＰＢＡＴより大きいか否かを判定する。超過発電電力（（ＰＰＶ_ｆ＋ＰＷＦ_ｆ）−ＰＬ）が充電可能電力値ＰＢＡＴより大きい場合（ステップＳ１５，Ｙｅｓ）、ステップＳ１６に進み、超過発電電力（（ＰＰＶ_ｆ＋ＰＷＦ_ｆ）―ＰＬ）が充電可能電力値ＰＢＡＴ以下である場合、ステップＳ１０およびステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１６において、放電仕様決定部２４は、ステップＳ１１で取得した電池容量ＢＡＴ_０の量により放電レートを算出する。例えば、電池容量ＢＡＴ_０が多ければ放電レートを大きくし、電池容量ＢＡＴ_０が少なければ放電レートを小さくする。ここで、ＢＡＴ_０による放電レートの変更は、蓄電池設備１７に用いられる蓄電池が１セルごとにもつ放電レートを、パワーコンディショナー（ＰＣＳ）により放電レートを変更させることで行う。この放電レートの変更は、発電設備の規模や蓄電池設備１７の電池容量およびＰＣＳ容量、蓄電池の種類などで常に変わるため一様にはならない。

図７は、発電電力が連系容量を超過する場合、時刻ｔ_０における電池容量により放電レートが変更される一例を示す図である。図７においては、予測すべき時刻である時刻ｔ_０＋Ｔにおける発電電力の予測合計発電電力値（ＰＰＶ_ｆ＋ＰＷＦ_ｆ）が連系容量ＰＬを超過する場合、時刻ｔ_０＋Ｔにおける蓄電池の電池容量目標値５８を決定し、放電レートが変更される例を示す。時刻ｔ_０における電池容量が多い(例えば、５０〜１００％)とき、時刻ｔ_０＋Ｔにおいて電池容量による充電可能電力を増加させるため、放電レートを上げて放電を行う。また、時刻ｔ_０における電池容量が少ない(例えば、０〜５０％)ときは、電池容量には充電可能電力が十分にあるため、放電レートの大きな変更はせずに放電を行う。

このときの、放電レートを決定する電池容量の範囲は、蓄電池の種類などで変わることはもちろん、記憶部２３に格納されてある過去のデータから、最適な電池容量の範囲は逐一変更されることもあるため、一様にはならない。

図８は、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の予測合計発電電力値５１Ｂが連系容量５３を超過しないと予測されている場合の制御の一例を示す図である。

蓄電池設備１７には、予め電池容量目標値５８が設定されており、その目標値に向けて、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２が連系容量５３を超過しないよう充放電を行う。また、放電制御を行う際には、太陽光・風力発電電力予測部２１から予測した太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の予測合計発電電力値５１Ｂおよび、それら発電電力の予測される変動から、放電タイミング、放電レートの少なくとも１つを変更し、連系容量５３を超過しないように電池容量目標値５８に向けて放電を行う。

図８の時刻ｔ_１Ｘにおいて時刻ｔ_２ｘまでの間に図のような合計発電電力値および発電電力変動が予測された場合、連系容量５３を超過しないように放電レートを上げて放電を行う。一方で、時刻ｔ_２ｘから時刻ｔ_３ｘまでの間に、時刻ｔ_１ｘから時刻ｔ_２ｘよりも激しい発電電力変動が予測される場合、時刻ｔ_１ｘから時刻ｔ_２ｘ間のような放電レートで放電を行うと、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力の急峻な発電電力変動により、連系容量５３を超過してしまうことがある。そこで激しい発電電力変動が予測される場合は、放電しない、または図のように放電レートの大きな変更はせずに電池容量目標値５８に向けて放電を行うことで、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２は連系容量５３を超過しない。

ここで、合計発電電力値や発電電力変動によって決定される放電タイミングおよび放電レートは、発電電力変動が激しくなると予測される時間帯や、季節、放電する際の電池容量によって決定するため、一様にはならない。また、図８においては、太陽光発電設備１１と風力発電設備１４の予測合計発電電力値５１Ｂが連系容量５３を超過しないと予測されている場合としたが、太陽光発電設備１１の発電電力や風力発電設備１４の発電電力および合計発電電力値の過去の発電電力変動や、現時刻における太陽光発電設備１１の発電電力や風力発電設備１４の発電電力および合計発電電力値から、放電タイミング、放電レートの少なくとも１つを変更し、連系容量５３を超過しないように電池容量の目標値に向けて放電を行ってもよい。

本実施形態において、第１発電設備と第２発電設備のうち少なくとも１つの発電設備が過積載である場合においても、図６のように、発電設備の発電電力を予測し、蓄電池設備１７の電池容量の充電可能電力を考慮し、前もって、超過発電電力を吸収できるよう、放電タイミング、放電レートの変更を行う。このことで、これまで制御していた過積載分の発電電力を蓄電池設備１７で吸収できる。さらに、吸収された電力を放電電力として利用でき、かつ、連系容量を超過することはない。

図６に示す制御方法においても、連系容量５３からの超過発電電力を蓄電池設備１７により吸収できない場合、事前に予測した太陽光発電設備１１および風力発電設備１４の発電電力から蓄電池設備１７の電池容量の充電可能電力でも吸収できない発電電力を予測し、発電電力制限手段を持った風力発電設備１４に発電電力の制限指令を送ることで、風力発電設備１４の発電電力の制限を行い、連系容量の超過を抑制する。

以上は、蓄電池設備１７による制御と風力発電設備１４の発電電力制限手段のうち、前者を優先する方法であるが、後者を優先的に行う方法もある。この場合、蓄電池の充放電量を減らす効果があり、蓄電池の長寿命化に効果がある。また、前者後者の同時に制御を行う方法もある。

本実施形態の発電システム１０において、太陽光発電設備１１の発電電力と風力発電設備１４の発電電力と蓄電池設備１７の充放電電力の合計発電電力値５２の上限値は、連系容量に定めていたが、これに限定されない。連系容量からマージンをもつ値（連系容量からマージン分低い値）を上限値に設定してもよい。これにより、発電システム１０は、連系容量ＰＬを超過する電力が商用電力系統３０へ供給されるのを防止することができる。その他にも、発電事業者と電力会社との間で取り決められる、計画値同時同量などの計画値を目標値に設定した場合や、電力の需要と供給のバランスをとるための値を目標値に設定した場合においても、発電システム１０は有効である。

また、本実施形態においては予測された超過発電電力に対して蓄電池設備による放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更し、前記連系容量を超過しないように放電する制御を行ったが、超過発電電力を積算した超過発電電力量を予測し、吸収可能となるよう放電させる制御を行った場合でも、連系容量を超過しないことを確認した。

以上の通り、本実施形態の発電システム１０では、太陽光発電電力値ＰＰＶ_０と風力発電電力値ＰＷＦ_０との合計発電電力値が連系容量ＰＬを超過することはなくなる。

本実施形態の制御装置２０は、第１エネルギー源により電力を発電する第１発電設備（例えば、太陽光発電設備１１）と、第２エネルギー源により電力を発電する第２発電設備（例えば、風力発電設備１４）と、電力を蓄電する蓄電池設備１７と、を備える発電システム１０において、第１発電設備が出力する発電電力と第２発電設備が出力する発電電力とを合計した合計発電電力値が連系容量を超過する場合、蓄電池設備により超過発電電力を吸収する制御を行う制御装置である。

制御装置２０は、第１発電設備の第１発電電力予測値および第２発電設備の第２発電電力予測値を算出する発電予測部（例えば、太陽光・風力発電電力予測部２１）と、蓄電池設備１７の現時刻の電池容量、第１発電電力予測値および第２発電電力予測値に基づいて、予め連系容量を超過する超過発電電力を予測し、超過発電電力を蓄電池設備１７で吸収するために蓄電池設備の放電タイミングと放電レートとを決定する放電仕様決定部２４と、放電仕様決定部２４で決定された放電タイミングと放電レートの放電指令値、超過発電電力を吸収する充電指令値、とを蓄電池設備１７の蓄電池制御設備１８に送信する蓄電池設備充放電制御管理部２２と、発電予測部による予測発電電力値、放電仕様決定部より決定された放電タイミングと放電レート、蓄電池設備充放電制御管理部２２から蓄電池制御設備１８に与えた充放電指令値のいずれかのデータを記憶する記憶部２３と、を有する。

本実施形態の制御方法は、第１エネルギー源により電力を発電する第１発電設備と、第２エネルギー源により電力を発電する第２発電設備と、電力を蓄電する蓄電池設備とを有する発電システムの、前記第１発電設備、前記第２発電設備、および前記蓄電池設備を制御する制御方法である。

制御方法は、具体的には、蓄電池設備１７の現時刻の電池容量による充電可能電力値と、第１発電設備と第２発電設備の予測合計発電電力値と、を算出し、予測合計発電電力値が商用電力系統に対する連系容量を超過すると予測された場合、連系容量ＰＬからの予測合計発電電力値の超過発電電力と充電可能電力値とを比較し、充電可能電力値が超過発電電力を吸収不可であるとき、予測した超過発電電力を吸収できるよう、予測すべき時刻の蓄電池の電池容量目標値を決定する。

また、制御方法は、蓄電池設備１７の放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更し、連系容量ＰＬを超過しないように放電させる制御を行うことで、蓄電池設備１７が連系容量ＰＬを超過すると予測された時刻における超過発電電力を吸収する。

≪その他の実施形態≫
以上に説明した実施形態における発電システム１０では、発電に用いられる再生可能エネルギーは、太陽光と風力の組み合わせであったが、その組み合わせは、太陽光および風力に限定されない。例えば、太陽光と河川の水力の組み合わせや太陽光と海洋の波力の組み合わせなどであってもよい。

本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、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、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。

１０ 発電システム
１１ 太陽光発電設備（第１発電設備）
１２ 太陽光発電制御設備
１３，１６，１９ 電力計
１４ 風力発電設備（第２発電設備）
１５ 風力発電制御設備
１７ 蓄電池設備 １８ 蓄電池制御設備
２０ 制御装置
２１ 太陽光・風力発電電力予測部（発電予測部）
２２ 蓄電池設備充放電制御管理部
２３ 記憶部
２４ 放電仕様決定部
３０ 商用電力系統
４０ 気象観測所
５１，５１Ａ 太陽光発電設備と風力発電設備の合計発電電力値
５１Ｂ 太陽光発電設備と風力発電設備の予測合計発電電力値
５２ 太陽光発電設備と風力発電設備と蓄電池設備の合計発電電力値
５３ 連系容量
５４，５４Ａ 超過発電電力
５５，５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，５５Ｄ 電池容量
５６ 電池容量上限値
５７ 電池容量下限値
５８ 電池容量目標値
ＢＡＴ_０ 電池容量
ＰＢＡＴ 充電可能電力値
ＰＬ 連系容量
ＰＰＶ_０ 太陽光発電電力値
ＰＰＶ_ｆ 太陽光発電電力予測値
ＰＷＦ_０ 風力発電電力値
ＰＷＦ_ｆ 風力発電電力予測値

Claims (13)

1. 第１エネルギー源により電力を発電する第１発電設備と、
   第２エネルギー源により電力を発電する第２発電設備と、
   電力を蓄電する蓄電池設備と、
   前記第１発電設備、前記第２発電設備、および前記蓄電池設備を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記第１発電設備および前記第２発電設備の発電電力を予測した前記第１発電設備と前記第２発電設備の予測合計発電電力値と、前記蓄電池設備の現時刻の電池容量と、商用電力系統に対する連系容量とから、前記予測合計発電電力値が前記連系容量を超過すると予測される時刻の連系容量からの超過発電電力を吸収可能な蓄電池の電池容量目標値を決定する
   ことを特徴とする発電システム。
2. 前記制御装置は、前記電池容量目標値に基づき、前記蓄電池設備の放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記制御装置は、前記第１発電設備および前記第２発電設備の発電電力を予測した前記第１発電設備と前記第２発電設備の予測合計発電電力値と、前記蓄電池設備の現時刻の電池容量による充電可能電力値から、商用電力系統に対する連系容量を前記予測合計発電電力値が超過すると予測された場合、前記蓄電池設備の放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
4. 前記制御装置は、前記連系容量を超過しないように放電させる制御をすることで、前記蓄電池設備が前記連系容量を超過すると予測された時刻における超過発電電力を吸収する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電システム。
5. 前記第１発電設備および前記第２発電設備のうち少なくとも１つの発電設備は、発電電力制限手段を備え、
   前記制御装置は、前記変更された放電タイミングと放電レートによる放電制御を予め行うとともに、前記蓄電池設備により超過発電電力を吸収する制御を行ったにもかかわらず前記第１発電設備が出力する発電電力値と前記第２発電設備が出力する発電電力値とを合計した合計発電電力値が前記連系容量を超過する場合、前記第１発電設備および前記第２発電設備のうち少なくとも１つの発電設備の前記発電電力制限手段で発電電力制限をする
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の発電システム。
6. 前記第１発電設備および前記第２発電設備は、再生可能エネルギーをエネルギー源とする発電設備である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電システム。
7. 前記第１発電設備及び前記第２発電設備は、いずれか一方が太陽光をエネルギー源とする太陽光発電設備であり、他方が風力をエネルギー源とする風力発電設備である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電システム。
8. 前記発電電力制限手段は、風力発電における風車のブレードのピッチ制御、発電機の励磁電流制御、太陽光発電におけるパワーコンディショナー制御のうち少なくとも１つの制御をすることにより、発電電力を制限する
   ことを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
9. 前記第１発電設備と前記第２発電設備の合計発電電力値が、前記連系容量を超過しない場合、前記合計発電電力値、前記第１発電設備の発電電力、前記第２発電設備の発電電力の発電電力群および前記発電電力群の発電電力変動より、前記蓄電池設備に設けた電池容量の目標値に向けて放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更し、前記連系容量を超過しないように放電させる制御をする
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電システム。
10. 前記制御装置は、前記連系容量から所定のマージンを持たせた目標値を上限とした場合において、前記蓄電池設備の放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更し、前記連系容量を超過しないように放電させる制御をする
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電システム。
11. 第１エネルギー源により電力を発電する第１発電設備と、第２エネルギー源により電力を発電する第２発電設備と、電力を蓄電する蓄電池設備と、を備える発電システムにおいて、前記第１発電設備が出力する発電電力と前記第２発電設備が出力する発電電力とを合計した合計発電電力値が連系容量を超過する場合、前記蓄電池設備により超過発電電力を吸収する制御を行う制御装置であって、
    前記制御装置は、
    前記第１発電設備の第１発電電力予測値および前記第２発電設備の第２発電電力予測値を算出する発電予測部と、
    前記蓄電池設備の現時刻の電池容量、前記第１発電電力予測値および前記第２発電電力予測値に基づいて、予め前記連系容量を超過する超過発電電力を予測し、前記超過発電電力を前記蓄電池設備で吸収するために前記蓄電池設備の放電タイミングと放電レートとを決定する放電仕様決定部と、
    前記放電仕様決定部で決定された放電タイミングと放電レートの放電指令値、超過発電電力を吸収する充電指令値、とを前記蓄電池設備の蓄電池制御設備に送信する蓄電池設備充放電制御管理部と、
    前記発電予測部による予測発電電力値、前記放電仕様決定部より決定された放電タイミングと放電レート、前記蓄電池設備充放電制御管理部から前記蓄電池制御設備に与えた充放電指令値のいずれかのデータを記憶する記憶部と、を有し、
    前記制御装置は、前記第１発電設備および前記第２発電設備の発電電力を予測した前記第１発電設備と前記第２発電設備の予測合計発電電力値と、前記蓄電池設備の現時刻の電池容量と、商用電力系統に対する連系容量とから、前記予測合計発電電力値が前記連系容量を超過すると予測される時刻の連系容量からの超過発電電力を吸収可能な蓄電池の電池容量目標値を決定する
    ことを特徴とする制御装置。
12. 第１エネルギー源により電力を発電する第１発電設備と、第２エネルギー源により電力を発電する第２発電設備と、電力を蓄電する蓄電池設備とを有する発電システムの、前記第１発電設備、前記第２発電設備、および前記蓄電池設備を制御する制御方法であって、
    前記蓄電池設備の現時刻の電池容量による充電可能電力値と、前記第１発電設備と前記第２発電設備の予測合計発電電力値と、を算出し、
    前記予測合計発電電力値が商用電力系統に対する連系容量を超過すると予測された場合、前記連系容量からの前記予測合計発電電力値の超過発電電力と前記充電可能電力値とを比較し、
    前記充電可能電力値が前記超過発電電力を吸収不可であるとき、予測した前記超過発電電力を吸収できるよう、前記予測合計発電電力値が前記連系容量を超過すると予測される時刻の連系容量からの超過発電電力を吸収可能な蓄電池の電池容量目標値を決定する
    ことを特徴とする制御方法。
13. 前記蓄電池設備の放電タイミングと放電レートのうち少なくとも１つを変更し、前記連系容量を超過しないように放電させる制御を行うことで、前記蓄電池設備が前記連系容量を超過すると予測された時刻における前記超過発電電力を吸収する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。

Images