JP6936117B2 - 電力計画装置、電力需給制御システム、および、電力計画方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、自然エネルギーによる出力変動と一般負荷による需要変動を切り分けて地域要求電力(AR:Area Requirement)を算出する需給制御システムが記載されている。この需給制御システムにより、自然エネルギーの急激な出力変動に対してもLFC発電機の出力追従が可能となり、需給制御性能を向上させることが可能となる。
ここで、自前電源に比べて、電力市場から調達する調達用電源は、多様な制御性能および運用制約を持つ。例えば、DRは制御指令の形態やインセンティブの多寡により需要家の応答性が変化するため、事前に想定した電力出力を発揮できないなどのリスクを伴う。
本発明は、電力市場から調達するリスクを伴う各調達用電源には制御性能および電源調達コストが設定されており、その調達用電源ごとに、過去に制御を行ったときの制御が指令通りに達成された度合いを示す制御達成確率と、前記調達用電源ごとの電源出力とをもとに、需給制御計画データに含まれる制御対象の前記調達用電源が、必要とされる電源出力を出力できなくなる確率である電源調達リスクデータを算出する電源調達リスク算出部と、
前記電源調達リスクデータが所定基準に達するまで、前記需給制御計画データに対して、制御性能の要件を満たす前記調達用電源を、電源調達コストの低い順に制御対象として追加する需給制御計画部とを有することを特徴とする。
その他の手段は、後記する。
電力需給制御システムは、電力需給制御装置1が、電力会社が保有する自前電源の設備と、電力市場管理システム300を介して調達される調達用電源とをそれぞれ管理するように構成される。
CPU201は、計算プログラムを実行して、系統状態の算出や、制御信号の生成などを行う。メモリ205は、表示用の画像データ、系統状態の算出結果データなどを一旦格納するメモリであり、例えば、RAM(Random Access Memory)などを用いて構成される。メモリ205は、CPU201により必要な画像データを生成して表示装置202に表示する。
電力系統運用者などのユーザは、入力手段204の所定のインタフェースを通じて各種閾値などのパラメータを設定・変更し、電力需給制御装置1の動作を適切に設定できる。また、ユーザは、入力手段204の所定のインタフェースを通じて確認したいデータの種類を選択し、表示装置202に表示させることができる。
記憶装置206は、各種プログラムおよびデータを保持する。記憶装置206は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)又はフラッシュメモリなどで構成される。記憶装置206は、例えば、後述する各種機能を実現し得るプログラムおよびデータなどを保持する。記憶装置206に記憶されているプログラムおよびデータは、必要に応じてCPU201に読み出されて実行される。なお、記憶装置206は各種のデータベース(DB)で構成されている。
電力市場管理システム300は、電力取引情報、および調達対象、調達スケジュールなどにより規定される電力計画データを、情報通信ネットワーク108を介して電力需給制御装置1と送受信する。この電力取引情報には、売電価格、売電量、売電対象電源の制御性能・制御要件などが含まれている。
電力市場管理システム300は、火力発電電源、水力発電電源、蓄電池制御電源、揚水発電電源、電気自動車の充放電制御電源、DR電源、マイクログリッド制御電源、および、VPP制御電源のうちの少なくとも1つの電源を、調達用電源として電力市場から提供する。
情報通信ネットワーク108は、双方向にデータを伝送可能なネットワークである。情報通信ネットワーク108は、例えば、有線ネットワーク若しくは無線ネットワーク、又はそれらの組み合わせで構成される。情報通信ネットワーク108は、いわゆるインターネットであってもよいし、専用線のネットワークであってもよい。
発電機101aは、電力系統の高電圧側に設置される火力発電、水力発電、原子力発電などを含む大規模発電機である。発電機101aは計測装置121a経由で発電量を含む系統状態量を電力需給制御装置1に送信し、電力需給制御装置1から送信された制御指令情報に応じて発電量を含む系統状態量を変化させる。
発電機101bは、電力系統の低電圧側に設置される太陽光発電、風力発電、コジェネレーションなどを含む中小規模発電機であり、図1では、太陽光発電を行うソーラーパネルを図示している。発電機101bは、計測装置121d経由で発電量を含む系統状態量を電力需給制御装置1に送信する。
調相機器103は、電力系統内における無効電力を変化させることにより、電力系統内の電圧分布を制御する機器であり、電力コンデンサ、分路リアクトル、STATCOM、SVCなどを含む。一部の調相機器103は、電力需給制御装置1から送信された制御指令情報を計測装置121b経由で受信し、制御指令情報に応じて発電量を含む系統状態量を変化させる。
電力負荷104は、電力を消費する電動機、照明器具などをその内部に含む家庭、工場、ビル、施設である。外部電力系統105は、電力需給制御装置1からの制御が不可能である外部の電力系統であり、連系線により自系統と接続している。
各計測装置121と電力需給制御装置1とは、情報通信ネットワーク108を通じて通信する。各計測装置121から電力需給制御装置1に送信するデータは、例えば、計測した系統状態量である。各計測装置121が電力需給制御装置1から受信するデータは、例えば、送信された系統の系統状態量および内部に蓄積された情報を用いて算出した制御指令情報である。
電力需給制御装置1のCPU201が構成する処理部10は、需給変動予測部11と、需給制御計画作成部12と、電源制御不確実性算出部13と、電源調達リスク算出部14と、需給制御計画修正部15とを含めて構成される。
電力需給制御装置1のメモリ205には、処理部10の計算経過データとして、需給変動予測データ31と、需給制御計画データ32と、電源制御不確実性データ33と、電源調達リスクデータ34と、リスク考慮計画データ35とが格納される。
電力需給制御装置1の記憶装置206には、周波数変動値21と、連系潮流変動値22と、発電量変動値23と、気象変動値24と、電力市場入札データ25と、制御指令応答実績データ26と、電源調達リスク上限データ27とが記憶される。なお、各種変動値21〜24(周波数変動値21と、連系潮流変動値22と、発電量変動値23と、気象変動値24)は、時間とともに変動する値として、センサで計測した実績値でもよいし、予測モデルによる予測値でもよいし、ある時点では実績値で別の時点では予測値などのように混在していてもよい。
需給変動予測部11は、各種変動値21〜24を入力として、図3の需給変動予測データ31を算出する(算出処理の詳細は図10)。
需給制御計画作成部12は、需給変動予測データ31と、図4の電力市場入札データ25とを入力として、図5の需給制御計画データ32を作成する。
電源制御不確実性算出部13は、図6の制御指令応答実績データ26を入力として、図7の電源制御不確実性データ33を算出する(算出処理の詳細は図11)。
電源調達リスク算出部14は、需給変動予測データ31と、需給制御計画データ32と、電源制御不確実性データ33とを入力として、図8の電源調達リスクデータ34を算出する(算出処理の詳細は図12)。
需給制御計画修正部15は、電源調達リスクデータ34と、図9の電源調達リスク上限データ27とを入力として、需給制御計画データ32をリスク考慮計画データ35へと修正する(修正処理の詳細は図14)。
需給制御計画作成部12は、需給変動予測データ31に基づき、変動周期に応じて必要となる電力の供給量を算出し、電力市場入札データ25に基づき、必要となる供給量を達成するよう調達用電源を選定する。例えば、電力市場入札データ25に含まれる最大出力変化速度に基づき、各変動周期に割り当てる調達用電源の候補を選定し、電源調達コストに基づくメリットオーダに従い制御する調達用電源を決定する。
一方、総需給変動値31aが需要減少の傾向を示す場合、電源調達コストの高い調達用電源から順に出力を減少させるように調達用電源を制御する需給制御計画データ32を作成する。
選定した調達用電源の出力が制御上下限に達した場合、メリットオーダで次の順位の制御候補となる調達用電源を選定する。以上の工程を繰り返し、需給制御計画作成部12は、必要となる供給量を満たすまで調達用電源を追加し、最終的な制御候補を決定する。
制御指令応答実績データ26は、調達用電源ごとに、その制御指令データ26aと、応答実績データ26bと、需給条件データ26cとを対応付けた実績データ(つまり、過去に行われた電源制御の結果を示すデータ)である。
制御指令データ26aは、制御量、出力変化速度、起動時刻で示される。応答実績データ26bは、制御指令データ26aと同じデータ形式であり、制御指令データ26aへの応答結果を示す。例えば、調達用電源Aは、15:00に起動する旨の制御指令データ26aが指示されたが、その結果として15分遅れの15:15に起動してしまった旨の応答実績データ26bが記録されている。このように、調達用電源が指示通りに動作するとは限らないことは、電源制御の不確実性となる。
電源種別は、最左列の調達用電源の種別として、火力発電、水力発電、蓄電池制御、揚水発電、電気自動車の充放電制御、DR、マイクログリッド制御、VPP制御のいずれかを含む。
電源制御不確実性データ33は、調達用電源ごとに、その制御指令データ33aと、需給条件データ33bと、制御達成確率33cとを対応付けたデータである。制御指令データ33aは、制御指令データ26aと同様に、制御量、出力変化速度で規定される。需給条件データ33bは、需給条件データ26cと同様に、日種、気象、時刻、現在出力、定格出力で規定される。
制御達成確率33cは、調達用電源の制御に関する不確実性の指標であり、例えば、調達用電源Aが需給条件データ33bの条件下では、制御指令データ33aを95%の確率で正しく実行する旨が登録される。電源制御不確実性算出部13は、制御指令応答実績データ26に対して統計解析を適用することにより、制御達成確率33cを算出する。この制御達成確率33cは、調達用電源および需給条件データ33bの組み合わせごとに算出してもよいし、調達用電源ごとに算出してもよい。
電源調達リスクデータ34は、需給変動予測データ31の変動周期ごとの総需給変動値31aと、変動周期ごとの需給制御計画データ32と、変動周期ごとの電源調達リスク値34aとを対応付けたデータである。
例えば、変動周期10[min]に着目すると、17[MW]の総需給変動値に対応するために、出力6[MW]の調達用電源G2と、出力3[MW]の調達用電源G4とを組み合わせた需給制御計画データ32が立案されている。しかし、変動周期10[min]における調達用電源の電源調達リスク値34aは0.8%であるため、調達用電源の供給量のうちの0.8%分が制御指令に従わずに供給されないというリスクがあると、電源調達リスク算出部14により算出されている。
以上、電力需給制御装置1が扱うデータ内容に着目して説明した。以下では、電力需給制御装置1の処理部10による処理内容について、フローチャートを中心に説明する。
S101として、需給変動予測部11は、各計測データを記憶装置206から取得する。ここで取得する計測データは、例えば、過去のある時点における各種変動値21〜24だけでなく、応答実績データ26bや、需給変動に関連する情報(総需給変動値31a、総需給誤差値31b)を含めてもよい。
S102として、需給変動予測部11は、S101にて取得した計測データを需給条件データ26cにより分類する。これにより、例えば、気象が「晴」のときの計測データと、気象が「雨」のときの計測データとが別々にグループ化される。
ΔG=ΔL+ΔLw−KΔF …(式1)
ここで、ΔGは総需給変動値31aを示し、ΔLは連系潮流変動値22を示し、ΔLwは発電量変動値23を示し、Kは系統定数を示し、ΔFは周波数変動値21を示す。
ここで、予測値にはばらつきが存在するため、需給変動予測データ31は、予測値の代表値を示す総需給変動値31aと、その総需給変動値31aからのばらつきの幅を示す総需給誤差値31bとを組み合わせとして算出される。
つまり、総需給誤差値31bは、総需給変動値31aに関する予測誤差である。需給変動予測部11は、総需給変動値31aについての計測値と予測値との差分を統計解析することにより、例えば誤差分布を正規分布として仮定した場合の3σ値(σは標準偏差を表す)として、総需給誤差値31bを算出してもよい。
S201として、電源制御不確実性算出部13は、制御指令応答実績データ26から制御指令データ26aと応答実績データ26bとを取得する。
S202として、電源制御不確実性算出部13は、S201で取得した各データ(制御指令データ26aと、応答実績データ26b)を、需給条件データ26cにより分類する。
S203として、電源制御不確実性算出部13は、S202で分類した各データ(制御指令データ26aと、応答実績データ26b)を用いて、各調達用電源について、需給条件データ26c(需給条件データ33b)ごとの制御達成確率33cを含む電源制御不確実性データ33を算出する。
S301として、電源調達リスク算出部14は、需給変動予測データ31と、需給制御計画データ32と、電源制御不確実性データ33とを取得する。
S302として、電源調達リスク算出部14は、S301で取得した各データから、変動周期ごとの総電源不確実性データを算出する。総電源不確実性データは、変動周期ごとに需給制御計画データ32に含まれる全ての調達用電源についての電源出力(電源出力総和)に対する不確実性データである。
S303として、電源調達リスク算出部14は、S301で取得した需給変動予測データ31およびS302で算出した総電源不確実性データに基づき電源調達リスク値34aを含む電源調達リスクデータ34を算出する。
電源調達リスク算出部14は、S301で取得した個々の電源制御不確実性データ33の制御達成確率33cから、個々の調達用電源についての制御出力に対する確率分布を推定する。そして、電源調達リスク算出部14は、推定した個々の確率分布の畳み込み和の算出結果から、図13のような割り当てられた調達用電源の総出力に対する確率分布を総電源不確実性データとして推定する。
このとき、電源調達リスク算出部14は、図13の確率分布をもとに、制御出力指令値を平均値μ、事前に設定した分散をσ2を用いて規定される正規分布を採用し、ある出力変動範囲r1以内の制御出力を実現する確率(図13の斜線領域)が制御達成確率33cと等しくなるようなr1を算出する。
そして、電源調達リスク算出部14は、算出したr1を電源調達リスク値34aとしてもよい。また、電源調達リスク算出部14は、制御指令応答実績データを入力とする統計解析手法により分散σ2を求めてもよい。
S401として、需給制御計画修正部15は、電源調達リスクデータ34と、電源調達リスク上限データ27とを取得する。
S402として、需給制御計画修正部15は、現在の計画データ(需給制御計画データ32またはリスク考慮計画データ35)にまだ含まれていない追加制御可能な調達用電源を、電力市場入札データ25から抽出する。
なお、需給制御計画修正部15は、追加する調達用電源の判定基準として、出力変化速度などの制御性能の要件を満たし、メリットオーダに基づき電源調達コストの低い調達用電源を出力増加対象として、あるいは電源調達コストの高い調達用電源を出力減少対象として選択することが望ましい。つまり、供給不足時にはなるべくコストの安い調達用電源を優先的に追加し、供給過剰時にはなるべくコストの高い調達用電源を優先的に解放することで、調達用電源のトータルコストを効率的に削減できる。
S405として、需給制御計画修正部15は、S404で算出した電源調達リスク値34aが判定基準以内か否かを判定する。S405でNoならS403に戻る。S405でYesなら電源調達リスク値34aを考慮したリスク考慮計画データ35が作成されたので、処理を終了する。なお、電源調達リスク値34aは低いほどユーザにとって望ましいパラメータなので、S405の判定基準の判定処理は、例えば、S401で取得した電源調達リスク上限データ27の電源調達リスク上限値27aを電源調達リスク値34aが下回っている場合には、需給制御計画修正部15は判定基準以内であると判定する。
このグラフの右上がりの曲線は、3本の内の中央の実線が総需給変動値31aを示し、その実線を上下ではさむ2本の破線が総需給変動値31aに総需給誤差値31bを加味した値を示す。
このグラフの6つの四角形は、需給制御計画データ32としてそれぞれ各変動周期に割り当てられた調達用電源の出力を示す(図8なら例えばG1の右の「5」という値)。
まず、図15の各調達用電源G1a〜G5aと、図16の各調達用電源G1b〜G5bとは、互いに1:1対応する。ここで、電源調達リスクにより調達用電源が調達できなくなったという事象を反映し、各調達用電源の制御量(四角形の大きさ)は、図15の理論値よりも図16の実測値のほうが低下してしまっている。例えば、変動周期C3における調達用電源G4aよりも調達用電源G4bのほうが低下し、調達用電源G5aよりも調達用電源G5bのほうが低下している。換言すると、各調達用電源には電源制御不確実性データ33(制御達成確率33c)が反映される。
これにより、図16のような「制御不足分」が解消されることで、電源調達リスク値34aを下げることができる。つまり、修正前の需給制御計画データ32ではS405の判定処理を通過できなかったが(No)、修正後のリスク考慮計画データ35ではS405の判定処理を通過できる(Yes)。
そして、電力需給制御装置1は、基準を満たしたリスク考慮計画データ35を用いて電力市場管理システム300から調達用電源を制御することにより、異常気象などにより発電量変動値23が想定外に大きく変動することで供給量不足が発生した場合でも、安定な需給制御を実現することができる。
さらに、電力需給制御装置1は、計画データに含まれる調達用電源のトータルコストをなるべく低くするように、電力市場入札データ25から電源調達コストを参照して調達用電源を選ぶことで、需給制御性能に不確実性を内包する調達用電源を経済的に活用できる。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
また、各実施例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。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。
また、前記の各構成、機能などは、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。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
さらに、各装置を繋ぐ通信手段は、無線LANに限定せず、有線LANやその他の通信手段に変更してもよい。
10 処理部
11 需給変動予測部
12 需給制御計画作成部
13 電源制御不確実性算出部
14 電源調達リスク算出部
15 需給制御計画修正部(需給制御計画部)
21 周波数変動値
22 連系潮流変動値
23 発電量変動値
24 気象変動値
25 電力市場入札データ
26 制御指令応答実績データ
26a 制御指令データ
26b 応答実績データ
26c 需給条件データ
27 電源調達リスク上限データ
27a 電源調達リスク上限値
31 需給変動予測データ
31a 総需給変動値
31b 総需給誤差値
32 需給制御計画データ
33 電源制御不確実性データ
33a 制御指令データ
33b 需給条件データ
33c 制御達成確率
34 電源調達リスクデータ
34a 電源調達リスク値
35 リスク考慮計画データ
Claims (7)
- 電力市場から調達するリスクを伴う各調達用電源には制御性能および電源調達コストが設定されており、その調達用電源ごとに、過去に制御を行ったときの制御が指令通りに達成された度合いを示す制御達成確率と、前記調達用電源ごとの電源出力とをもとに、需給制御計画データに含まれる制御対象の前記調達用電源が、必要とされる電源出力を出力できなくなる確率である電源調達リスクデータを算出する電源調達リスク算出部と、
前記電源調達リスクデータが所定基準に達するまで、前記需給制御計画データに対して、制御性能の要件を満たす前記調達用電源を、電源調達コストの低い順に制御対象として追加する需給制御計画部とを有することを特徴とする
電力計画装置。 - 前記調達用電源に対する過去の制御指令データと、その制御指令データに従って実際に行われた制御内容を示す応答実績データとをもとに、需給条件データごとの前記制御達成確率を計算して前記電源調達リスク算出部に入力する電源制御不確実性算出部を有しており、
前記需給条件データは、日種、気象、時刻・時間帯、調達用電源の電源種別、制御直前の時点での現在出力、および、制御直前の時点での定格出力の情報のうちの少なくとも1つであることを特徴とする
請求項1に記載の電力計画装置。 - 前記電源調達リスク算出部は、前記需給制御計画データごとの前記電源調達リスクデータを算出するときに、前記必要とされる電源出力と、前記調達用電源が出力する電源出力とを需給変動の変動周期ごとに分けて算出することを特徴とする
請求項1に記載の電力計画装置。 - 周波数変動値、連系潮流変動値、発電量変動値、および、気象変動値のうちの少なくとも1つの変動値をもとに、前記必要とされる電源出力の予測値を計算する需給変動予測部を有することを特徴とする
請求項1に記載の電力計画装置。 - 前記需給制御計画部は、すでに1つ以上の前記調達用電源が含まれている前記需給制御計画データの入力を受け付け、その入力された前記需給制御計画データに対して前記調達用電源を追加することを特徴とする
請求項1に記載の電力計画装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の電力計画装置と、前記需給制御計画データに含める前記調達用電源を提供するための電力市場管理システムとをネットワークで接続して構成され、
前記電力市場管理システムは、火力発電電源、水力発電電源、蓄電池制御電源、揚水発電電源、電気自動車の充放電制御電源、DR電源、マイクログリッド制御電源、および、VPP制御電源のうちの少なくとも1つの電源を、前記調達用電源として提供することを特徴とする
電力需給制御システム。 - 電力計画装置は、電源調達リスク算出部と、需給制御計画部とを有しており、
前記電源調達リスク算出部は、電力市場から調達するリスクを伴う各調達用電源には制御性能および電源調達コストが設定されており、その調達用電源ごとに、過去に制御を行ったときの制御が指令通りに達成された度合いを示す制御達成確率と、前記調達用電源ごとの電源出力とをもとに、需給制御計画データに含まれる制御対象の前記調達用電源が、必要とされる電源出力を出力できなくなる確率である電源調達リスクデータを算出し、
前記需給制御計画部は、前記電源調達リスクデータが所定基準に達するまで、前記需給制御計画データに対して、制御性能の要件を満たす前記調達用電源を、電源調達コストの低い順に制御対象として追加することを特徴とする
電力計画方法。
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