JP7413149B2 - 分散電源制御システム、分散電源制御方法、及びプログラム - Google Patents

分散電源制御システム、分散電源制御方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、分散電源制御システム、分散電源制御方法、及びプログラムに関する。
近年、電力システムにおいて、電源の多様化及び分散化が進んでいる。例えば、ＶＰＰ（Virtual Power Plant）等において、各地に分散した複数の分散電源を総合的に制御するための技術が開発されている。
特開２０１４－２００１２０号公報
複数の分散電源を利用する電力システムにおいては、分散電源毎に異なる発電特性を考慮する必要があるため、システム全体としての出力を高精度で制御することが困難である。
そこで、本発明の実施形態は、互いに異なる発電特性を有する複数の分散電源の出力を高精度で制御可能にする分散電源制御システム、分散電源制御方法及びプログラムを提供することを課題とする。
実施形態の分散電源制御システムは、演算部を備える。演算部は、所定の運用順位に基づく複数の分散電源の出力配分を示す基準出力指令値と、分散電源毎の発電特性を示す分散電源特性情報とに基づき、複数の分散電源の各出力を合計したシステム出力値の予測値を示すシステム予測値を演算する。また、演算部は、システム出力値の目標値を示すシステム目標値と、システム予測値との差が小さくなるように、分散電源毎の出力の目標値を示す制御指令値を所定の制御周期毎に演算する。
図１は、実施形態に係る電力システムの構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る分散電源制御システムのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る分散電源制御システムの機能構成の一例を示すブロック図である。 図４は、実施形態に係る基準出力指令値の一例を示す図である。 図５は、実施形態に係る分散電源特性情報の一例を示す図である。 図６は、実施形態に係る制御指令値の経時変化の一例を示す図である。 図７は、実施形態の第１補正部の構成の一例を示すブロック図である。 図８は、実施形態に係る補正前後の制御指令値と補正前後の分散電源出力値との関係の一例を示す図である。 図９は、実施形態に係る制御指令値とシステム出力値との関係の一例を示す図である。
以下、添付の図面を用いて、実施形態に係る分散電源制御システム、分散電源制御方法、及びプログラムについて説明する。
＜システム構成＞
図１は、実施形態に係る電力システム１の構成の一例を示す図である。電力システム１は、需給管理システム１１、分散電源制御システム１２、分散電源２１、通信ネットワーク２５、及び送配電ネットワーク２６を含む。
需給管理システム１１は、電力システム１の需給を管理するための処理を行うシステムである。本実施形態に係る需給管理システム１１は、電力の需要に基づき、発生させるべき電力の目標値、すなわち複数の分散電源２１の各出力を合計したシステム出力値の目標値であるシステム目標値の演算、分散電源制御システム１２に対する制御指令の出力等を行う。
分散電源制御システム１２は、分散電源２１を制御するための処理を行うシステムである。本実施形態に係る分散電源制御システム１２は、需給管理システム１１から出力された制御指令等に応じて、分散電源２１－１～２１－ｎ毎の出力の目標値である分散電源目標値の演算、各分散電源２１－１～２１－ｎに対する制御指令の出力等を行う。
分散電源２１は、それぞれ独立して発電（電力の出力）を行うことができる複数の分散電源２１－１～２１－ｎを含む。各分散電源２１－１～２１－ｎは、それぞれ発電特性が異なるものであってもよく、設置位置や電力系統への連系点は地理的に離れていてもよく、制御情報や計測情報を伝送するための通信手段はそれぞれ異なってもよい。図１においては、ｎ個の分散電源２１－１，２１－２，２１－３，２１－４，２１－５，…，２１－ｎが存在する例が示されている。以下、複数の分散電源２１－１～２１－ｎを総称して分散電源２１と記載する場合がある。分散電源２１の種類は特に限定されるべきものではないが、分散電源２１には、例えば、太陽光、風力等の再生可能エネルギーを利用して発電する設備、蓄電池（電気自動車のバッテリ等を含む）等が含まれてもよい。
図１に示す例では、需給管理システム１１、分散電源制御システム１２、及び各分散電源２１が通信ネットワーク２５を介して通信可能に接続されている。通信ネットワーク２５は、所定の通信プロトコルを用いて複数のコンピュータ間で情報の送受信を可能にするネットワークであり、例えばインターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等を含んで構成される。各分散電源２１は、送配電ネットワーク２６に接続されている。送配電ネットワーク２６は、電力の送配電を可能にする設備を含むネットワークであり、分散電源２１からの電力を所定の需要家に向けて供給可能にする。
なお、図１に示した構成は一例であり、電力システム１の構成は上記に限定されるものではない。
＜分散電源制御システムのハードウェア構成＞
図２は、実施形態に係る分散電源制御システム１２のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る分散電源制御システム１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、ＲＡＭ（Random Access Memory）３２、ＲＯＭ（Read Only Memory）３３、補助記憶装置３４、通信Ｉ／Ｆ（Interface）３５、ユーザＩ／Ｆ３６、及びバス３７を有する。
ＣＰＵ３１は、分散電源制御システム１２全体の制御を司るユニットであり、ＲＯＭ３３や補助記憶装置３４に記憶されたプログラム（ファームウェア、ドライバ等を含む）に基づきＲＡＭ３２を作業領域として各種の演算処理及び制御処理を行う。通信Ｉ／Ｆ３５は、外部装置との間で情報の送受を可能にするデバイスであり、図１に示すシステム構成例においては、通信ネットワーク２５を介して需給管理システム１１及び各分散電源２１との間で各種情報の送受を行う。ユーザＩ／Ｆ３６は、ユーザ（分散電源制御システム１２の管理者等）による入力操作の受付、ユーザに対する情報の出力等を可能にするデバイスであり、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル機構、ディスプレイ、スピーカ、マイク等であり得る。ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３、補助記憶装置３４、通信Ｉ／Ｆ３５、及びユーザＩ／Ｆ３６は、バス３７を介して接続されており、互いに情報の送受が可能となっている。
なお、図２に示した構成は一例であり、分散電源制御システム１２のハードウェア構成は上記に限定されるものではない。
＜分散電源制御システムの機能構成＞
図３は、実施形態に係る分散電源制御システム１２の機能構成の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る分散電源制御システム１２は、出力配分演算部５１、制御指令演算部５２（演算部）、補正部５３、及び記憶部５４を有する。これらの機能部５１～５４は、図２に示すような分散電源制御システム１２のハードウェア構成要素３１～３７、ＲＯＭ３３や補助記憶装置３４に記憶されたプログラム等の協働により実現される。
出力配分演算部５１は、需給管理システム１１等から出力されるシステム指令値ｒｓと、所定の運用順位（メリットオーダー）を示す運用順位情報６１とに基づき、複数の分散電源２１の出力配分を示す基準出力指令値ｒ１～ｒＮｒ（以下、これらの値を総称してｒｉと記載する場合がある。）を生成する。システム指令値ｒｓは、複数の分散電源２１の各出力を合計したシステム出力値ｙｓの目標値を示す「システム目標値」の一例である。運用順位とは、所定の基準（例えば、運用コスト、環境負荷等）に基づき定められる運用上の優先順位である。
また、出力配分演算部５１は、図３に示すように、分散電源２１の出力を変動させる要因に関する出力変動情報ｆｒを更に考慮して基準出力指令値ｒｉを演算してもよい。出力変動情報ｆｒは、例えば、太陽光発電、風力発電等に影響を与える天候に関する情報等であり得る。このような出力変動情報ｆｒを考慮することにより、天候等の状況に応じて各分散電源２１に対する出力配分を適切に設定することが可能となる。なお、基準出力指令値ｒｉは、出力変動情報ｆｒがなくても演算され得るものである。
制御指令演算部５２は、出力配分演算部５１により生成された基準出力指令値ｒｉと、各分散電源２１の実際の出力を示す分散電源出力値ｙ１～ｙＮｒ（以下、これらの値を総称してｙｉと記載する場合がある。）と、分散電源２１毎の発電特性を示す分散電源特性情報６２とに基づき、システム出力値ｙｓの予測値を示すシステム予測値ｙｅを演算する。また、制御指令演算部５２は、システム指令値ｒｓとシステム予測値ｙｅとの差が小さくなるように、各分散電源２１の出力の目標値を示す制御指令値ｕ１～ｕＮｒ（以下、これらの値を総称してｕｉと記載する場合がある。）を所定の制御周期毎に演算する。
分散電源特性情報６２は、例えば、出力要求に対する応答性を示す応答性情報、出力変化の制約を示す出力変化制約情報、出力の上限値を示す最大出力情報、出力の下限値を示す最小出力情報等を含む情報であり得る。
制御指令値ｕｉの具体的演算方法は特に限定されるべきものではないが、例えば、制御指令演算部５２は、システム出力値ｙｓがシステム指令値ｒｓに達するまでのシステム出力値ｙｓの所定の経時変化を示す目標軌道と、システム予測値ｙｅの経時変化を示す予測軌道との差が所定範囲内となるように、各制御指令値ｕｉを演算してもよい。また、制御指令演算部５２は、上記出力変動情報ｆｒを更に考慮して制御指令値ｕｉを演算してもよい。
補正部５３は、各分散電源２１の実際の出力（分散電源出力値ｙｉ）と、分散電源特性情報６２に基づき演算される分散電源予測値ｙｅ１～ｙｅＮｒ（以下、これらの値を総称してｙｅｉと記載する場合がある。）との差が小さくなるように、制御指令演算部５２が演算した制御指令値ｕｉを補正する。分散電源予測値ｙｅｉは、分散電源特性情報６２に含まれる各分散電源２１の発電特性に基づき演算される各分散電源２１の出力の予測値である。補正部５３は、制御指令値ｕｉを所定の補正周期毎に補正し、補正後の制御指令値ｕ１´～ｕＮｒ´（以下、これらの値を総称してｕｉ´と記載する場合がある。）を各分散電源２１に出力する。補正周期は、制御指令演算部５２が制御指令値ｕｉを演算する周期である制御周期以下の期間である。
補正部５３は、必ずしも全ての分散電源２１に対して備えられていなくてもよい。例えば、制御指令演算部５２が生成した制御指令値ｕｉに対して安定して早い応答が可能な分散電源２１については、補正部５３が備えられていなくてもよい。
記憶部５４は、分散電源制御システム１２の機能を実現するための各種データを記憶し、本実施形態においては運用順位情報６１及び分散電源特性情報６２を記憶している。
なお、図３に示した構成は一例であり、分散電源制御システム１２の機能構成は上記に限定されるものではない。
＜基準出力指令値ｒｉの演算＞
図４を参照して出力配分演算部５１の処理例を説明する。出力配分演算部５１は、システム指令値ｒｓの更新に合わせて、基準出力指令値ｒｉを更新し、更新された基準出力指令値ｒｉを制御指令演算部５２に出力する。
図４は、実施形態に係る基準出力指令値ｒｉの一例を示す図である。図４に示すグラフの横軸はシステム出力値ｙｓに対応し、縦軸は運用コスト（単位電力量あたりのコスト）に対応している。図４に示す例では、第５分散電源２１－５、第４分散電源２１－４、第３分散電源２１－３、第２分散電源２１－２、第１分散電源２１－１の順に運用コストが低く（運用順位が高く）なっている。このような場合、横軸上に各分散電源２１－１～２１－５の最大出力値ｙmax１～ｙmax５を運用コストが低い順に配列し、これらの最大出力値ｙmax１～ｙmax５の合計がシステム指令値ｒｓに達する点Ｘに基づき各分散電源２１－１～２１－５の基準出力指令値ｒ１～ｒ５を決定する。図４に示す例では、ｒ５＝ｙｍａｘ５、ｒ４＝ｙｍａｘ４、ｒ３＝ｙｍａｘ３、ｒ２＝ｒｓ－ｒ５－ｒ４－ｒ３（ｒ２≦ｙｍａｘ２）、ｒ１＝０となる。ここで、ｒ２が第２分散電源２１－２の最小出力値より小さくなる場合には、ｒ２を当該最低出力値に一致させる。また、第２分散電源２１－２が運用可能な出力帯が連続でなく離散的である場合には、繰り上げた出力帯をｒ２とする。
＜制御指令値ｕｉの演算＞
図５及び図６を参照して制御指令演算部５２の処理例を説明する。
図５は、実施形態に係る分散電源特性情報６２の一例を示す図である。本実施形態に係る制御指令演算部５２は、分散電源特性情報６２に基づき、各分散電源２１の出力の目標値を示す制御指令値ｕｉを生成する。ここで例示する分散電源特性情報６２は、第１分散電源２１－１～第５分散電源２１－５のそれぞれについての発電特性を示すものである。本例では、第１分散電源２１－１が蓄電池であり、第５分散電源２１－５が太陽光発電施設である。ここで例示する分散電源特性情報６２は、状態空間モデル情報６５、最大出力変化速度情報６６、出力上下限情報６７、及び運用順位情報６８を含む。状態空間モデル情報６５は、出力要求に対する応答性を示す応答性情報の一例である。最大出力変化速度情報６６は、出力変化の制約を示す出力変化制約情報の一例である。
状態空間モデル情報６５は、例えば、下記式（１）及び（２）の１入力１出力の離散時間状態空間モデルで表現される。下記において、ｋは制御周期に一致した離散時間のステップを示し、ｘＭｉ（ｋ）は状態変数を示し、ｕｉ（ｋ）は制御指令値を示す。
Figure 0007413149000001
Figure 0007413149000002
最大出力変化速度情報６６は、例えば、下記式（３）で表現される。
Figure 0007413149000003
出力上下限情報６７、例えば、下記式（４）で表現される。
Figure 0007413149000004
状態空間モデル情報６５は、例えば、分散電源２１へのステップ制御指令に対する出力応答から同定する。制御指令に対して無視できない通信遅延がある場合は、その状態空間モデルにむだ時間のモデルを加えてよい。分散電源２１の出力応答特性が式（１）及び（２）の状態空間モデルのみで表現できる場合は、最大出力変化速度Δｙｍａｘｉを大きい値とする。一方、最大出力変化速度Δｙｍａｘｉのみで表現できる場合は、式（１）及び（２）の状態空間モデルは時定数の小さい一次遅れモデルとする。分散電源特性情報６２は、オフライン状態において予め構築されていることが好ましい。
図６は、実施形態に係る制御指令値ｕｉの経時変化の一例を示す図である。図６中、上部に位置するグラフは、目標軌道１０１と予測軌道１０２との関係を例示している。目標軌道１０１は、システム出力値ｙｓがシステム指令値ｒｓ（システム指令値ｒｓに近接した定常状態を含む）に達するまでのシステム出力値ｙｓの所定の経時変化を示している。目標軌道１０１は、ユーザにより任意に設定され得るものであるが、例えば、電力システム１に求められる応答性に基づくシステム出力値ｙｓの理想的な経時変化を示す軌道等であり得る。図６に例示する目標軌道１０１は、システム出力値ｙｓが所定の時定数τに基づきシステム指令値ｒｓに達するまでの軌道である。時定数τは、所望する応答速度等に応じて任意に設定され得るものである。例えば、早い応答速度が必要な場合には時定数τを比較的小さい値とし、それほど早い応答速度が必要でない場合には時定数τを比較的大きい値とすればよい。予測軌道１０２は、分散電源特性情報６２に基づき演算されるシステム出力値ｙｓの予測値であるシステム予測値ｙｅの経時変化を示している。
図６中、下部に位置するグラフは、第１分散電源２１－１～第５分散電源２１－５のそれぞれに対する制御指令値ｕ１～ｕ５の経時変化を例示している。本実施形態に係る制御指令値ｕ１～ｕ５は、上述した各基準出力指令値ｒ１～ｒ５を分散電源特性情報６２（分散電源２１－１～２１－５毎の発電特性）に基づき修正した値であると言える。各制御指令値ｕ１～ｕ５は、システム指令値ｒｓとシステム予測値ｙｅ（予測軌道１０２上の値）との差が小さくなるように、制御周期Δｔ毎に（制御ステップｋ，ｋ＋１，ｋ＋２，ｋ＋３，ｋ＋４，ｋ＋５，…毎に）演算される。図６に示す例においては、各制御指令値ｕ１～ｕ５は、目標軌道１０１と予測軌道１０２との差ΔＶが所定範囲内となるように演算される。
上述したように、本実施形態においては、第１分散電源２１－１に対応する基準出力指令値ｒ１は０であり（図４参照）、第２分散電源２１－２に対応する基準出力指令値ｒ２はｒｓ－ｒ５－ｒ４－ｒ３である。しかし、図６に示す例においては、起動初期時に相当する制御ステップｋ～ｋ＋４において、第１分散電源２１－１に対応する制御指令値ｕ１が基準出力指令値ｒ１（０）より大きい値となっており、第２分散電源２１－２に対応する制御指令値ｕ２が基準出力指令値ｒ２より大きい値となっている。これは、各分散電源２１の発電特性に応じて各分散電源２１の出力配分を調整した結果である。すなわち、図６に示す例においては、第２分散電源２１－２及び第３分散電源２１－３の出力応答性が比較的低いことによる起動初期時における出力不足を補うために、運用順位が低くとも出力応答性が比較的高い第１分散電源２１－１に出力させている。すなわち、本実施形態によれば、運用順位に基づき設定された基準出力指令値ｒｉが、分散電源２１毎の発電特性に起因する問題を回避するように修正され、その結果として各制御指令値ｕｉが生成される。これにより、互いに異なる発電特性を有する複数の分散電源２１を利用する電力システム１の出力制御を高精度で行うことが可能となる。
システム予測値ｙｅを算出する予測ステップ数をh、時定数をτ、制御ステップｋに対応するシステム指令値をｒｓ（ｋ）、制御ステップkに対応するシステム出力値をｙｓ（ｋ）とすると、目標軌道ｒｓｆ（ｋ＋ｊ）（ｊ＝１，…，ｈ）は、制御周期Δｔ毎に下記式（５）から算出される。
Figure 0007413149000005
次に、式（１）及び（２）で示される分散電源２１の状態空間モデルを用いて、次の状態変数ベクトルをＸ、制御入力ベクトルをＵ、出力変数ベクトルをＹとする、下記式（６）～（１０）で示される拡大状態空間モデルを構築する。
Figure 0007413149000006
Figure 0007413149000007
Figure 0007413149000008
Figure 0007413149000009
Figure 0007413149000010
評価関数を下記式（１１）及び（１２）で定義する。
Figure 0007413149000011
Figure 0007413149000012
ここで、Ｑ，Ｒは、それぞれ出力ベクトルＹの目標値ベクトルＹｒｅｆへの追従偏差に対する重み、制御入力差ΔＵ分に対する重みである。
式（６）及び（７）の状態空間モデルに関して、式（３）及び（４）の制約下で、式（１１）の評価関数ＪをΔＵについて最小化する問題は、線形制約付き二次計画問題であり、最小化する制御入力ベクトルΔＵ＊は、一般に知られる凸最適化法のアルゴリズムで求められる。これより下記式（１３）のとおり分散電源２１の制御指令値ｕｉ（ｉ＝１，…，Ｎｒ）を算出する。
Figure 0007413149000013
フィードバックする分散電源出力値ｙｉ（ｋ）から、分散電源２１の状態変数ｘｉ（ｋ）を算出できない場合は、当該分散電源２１の別の計測情報をフィードバックして利用してよい。また、オブザーバでｙｉ（ｋ）からｘｉ（ｋ）を推定してもよい。
＜制御指令値ｕｉの補正＞
図７及び図８を参照して、補正部５３の処理例を説明する。
図７は、実施形態の第１補正部５３－１の構成の一例を示すブロック図である。ここでは第１分散電源２１－１に備えられる第１補正部５３－１について説明するが、他の補正部５３－２～５３－ｎについても同様である。第１補正部５３－１は、制御指令演算部５２から出力された制御指令値ｕ１を補正し、補正後の制御指令値ｕ１´を第１分散電源２１－１に出力する。第１補正部５３－１は、第１分散電源２１－１の実際の出力値（フィードバック値）である分散電源出力値ｙ１と、分散電源特性情報６２に基づき演算される第１分散電源２１－１の出力の予測値である分散電源予測値ｙｅｉとの差分に基づき、制御指令値ｕ１を制御指令値ｕ１´に補正する。
図７に例示する第１補正部５３－１は、分散電源モデル７１及び補正制御器７２を有する。分散電源モデル７１は、制御指令演算部５２から出力された制御指令値ｕ１と、分散電源特性情報６２に含まれる第１分散電源２１－１の発電特性を示す情報とに基づき、第１分散電源２１－１の出力の予測値である分散電源予測値ｙｅ１を演算する。補正制御器７２は、第１分散電源２１－１から出力された分散電源出力値ｙ１と、分散電源モデル７１により演算された分散電源予測値ｙｅ１との比較結果に基づき、ｙ１とｙｅ１との差（モデル誤差）が小さくなるように、制御指令値ｕ１の補正量を所定の補正周期毎にオンライン（リアルタイム）で算出する。
分散電源モデル７１は、モデル誤差の範囲や分散電源予測値ｙｅｉの変動範囲の大きさを示す重み関数Ｗｉ（ｓ）を用い、下記式（１４）～（１６）に示すロバスト安定性の条件を満たすように、補正制御器Ｋｉ（ｓ）を設定する。
Figure 0007413149000014
Figure 0007413149000015
Figure 0007413149000016
上記のように、制御指令値ｕｉを分散電源２１毎に補正することにより、各分散電源２１のモデル誤差や特性変動の影響を十分に低減することができる。
図８は、実施形態に係る補正前後の制御指令値ｕ１，ｕ１´と補正前後の分散電源出力値ｙ１，ｙ１´との関係の一例を示す図である。図８中、下部に位置するグラフには、第１分散電源２１－１に対する補正前の制御指令値ｕ１及び補正後の制御指令値ｕ１´の経時変化が例示されている。図８中、上部に位置するグラフには、第１分散電源２１－１の補正前の分散電源出力値ｙ１及び補正後の分散電源出力値ｙ１´の経時変化が例示されている。
図８には、制御指令値ｕ１を補正しないと分散電源出力値ｙ１が目標値（分散電源予測値ｙｅ１）より大きくなってしまう場合が例示されている。このような場合、下部のグラフに示されるように、制御指令値ｕ１は補正周期Δｑ毎に小さくするように補正され、第１分散電源２１－１は補正後の制御指令値ｕ１´に基づき制御される。これにより、補正後の分散電源出力値ｙ１´は、補正前の分散電源出力値ｙ１より目標値に近づくこととなる。補正周期Δｑは、制御指令値ｕ１を演算する制御周期Δｔ以下の期間である。
上記のように、制御指令値ｕｉは、分散電源２１の実際の出力値（分散電源出力値ｙｉ）と分散電源特性情報６２とに基づき補正される。換言すれば、制御指令値ｕｉは、分散電源特性情報６２を利用して生成された後、更に、分散電源特性情報６２を利用して補正される。これにより、複数の分散電源２１を利用する電力システム１の出力制御の精度を更に向上させることが可能となる。
＜全体的動作例＞
図９は、実施形態に係る制御指令値ｕｉとシステム出力値ｙｓとの関係の一例を示す図である。図９の第１段目（最上部）に位置するグラフは、システム指令値ｒｓ及びシステム出力値ｙｓの経時変化を例示している。図９の第２段目～第６段目のグラフは、第１分散電源２１－１～第５分散電源２１－５のそれぞれについて、基準出力指令値ｒ１～ｒ５、制御指令値ｕ１～ｕ５（補正後の制御指令値ｕ１´～ｕ５´を含む）、及び分散電源出力値ｙ１～ｙ５（補正後の分散電源出力値ｙ１´～ｙ５´を含む）の経時変化を例示している。以下、「制御指令値」は、上記補正部５３による補正が行われた場合には補正後の制御指令値ｕ１´～ｕ５´を示し、補正が行われなかった場合には補正前の制御指令値ｕ１～ｕ５を示すものとする。また、「分散電源出力値」は、上記補正部５３による補正が行われた場合には補正後の分散電源出力値ｙ１´～ｙ５´を示し、補正が行われなかった場合には補正前の分散電源出力値ｙ１～ｙ５を示すものとする。
図９に示す例は、第２分散電源２１－２及び第３分散電源２１－３の出力応答性が比較的低く、第３分散電源２１－３の出力応答速度に制約があり、第４分散電源２１－４に通信むだ時間がある場合におけるシミュレーション結果である。例えば、図５に示すように、第２分散電源２１－２の時定数が３０ｓであり、第３分散電源２１－３の時定数が２０ｓであり、第３分散電源２１－３の最大出力変化速度が０．５％／ｓであり、第４分散電源２１－４の入力むだ時間が４０ｓである場合である。
図９の第１段目のグラフにおいて、５ｍｉｎの時点でシステム指令値ｒｓが２０００ｋＷから４０００ｋＷに増加し、システム出力値ｙｓがこれに追従するように徐々に増加し、１０ｍｉｎまでの間にシステム指令値ｒｓに到達することが示されている。
第４～第６段目のグラフに示されるように、５ｍｉｎ～１０ｍｉｎの期間において、第３分散電源２１－３～第５分散電源２１－５の基準出力指令値ｒ３～ｒ５が高い値に設定されている。なお、第５分散電源２１－５は太陽光発電であるため、基準出力指令値ｒ５は常時最大値に設定されている。また、第２段目及び第３段目のグラフに示されるように、５ｍｉｎ～１０ｍｉｎの期間において、第１分散電源２１－１及び第２分散電源２１－２の基準出力指令値ｒ１，ｒ２が略０となっている。このような基準出力指令値ｒ１～ｒ５は、上述したように、各分散電源２１の運用順位（運用コスト等）に基づいて設定される。すなわち、各分散電源２１の出力の目標値を運用順位に基づき設定する段階においては、運用順位が比較的高い第３分散電源２１－３～第５分散電源２１－５の出力のみでシステム指令値ｒｓを得るように設定される。
また、第４～第６段目のグラフに示されるように、５ｍｉｎ～１０ｍｉｎの期間において、第３分散電源２１－３～第５分散電源２１－５の制御指令値ｕ３～ｕ５が基準出力指令値ｒ３～ｒ５に追従するように変化している。その結果、第３分散電源２１－３～第５分散電源２１－５の分散電源出力値ｙ３～ｙ５が制御指令値ｕ３～ｕ５に追従するように増加している。このとき、各分散電源２１－３～２１－５の出力応答性（図５に示す時定数等）に起因して、上述したように、基準出力指令値ｒ３～ｒ５と制御指令値ｕ３～ｕ５との間に差が生じる。本例では、高い出力応答性を有する第５分散電源２１－５については、基準出力指令値ｒ５と制御指令値ｕ５との間に差はほとんど生じていない。しかし、出力応答性が比較的低い第３分散電源２１－３及び第４分散電源２１－４については、基準出力指令値ｒ４，ｒ５と制御指令値ｕ４，ｕ５との間に比較的大きな差が生じている。このような分散電源２１－３，２１－４の出力応答性に起因する出力遅延は、電力システム１全体の制御性を低下させる要因となる。
第２段目及び第３段目のグラフには、５ｍｉｎ～１０ｍｉｎの期間において、第１分散電源２１－１及び第２分散電源２１－２の基準出力指令値ｒ１，ｒ２が０又は略０であるにもかかわらず、制御指令値ｕ１，ｕ２が増加していることが示されている。これは、上記制御指令演算部５２の処理によるものである。すなわち、制御指令演算部５２は、基準出力指令値ｒ１～ｒ５と分散電源特性情報６２とに基づき演算したシステム予測値ｙｅと、システム指令値ｒｓとの差が小さくなるように、制御周期Δｔ毎に各分散電源２１－１～２１－５に対する制御指令値ｕ１～ｕ５を演算する。このような処理により、第３分散電源２１－３及び第４分散電源２１－４の出力遅延を補うように、第１分散電源２１－１及び第２分散電源２１－２に対する制御指令値ｕ１，ｕ２が設定される。これにより、第１段目のグラフに示されるように、システム出力値ｙｓが５ｍｉｎ以内にシステム指令値ｒｓに追従できる結果となる。また、上述した補正部５３による処理を行うことにより、システム出力値ｙｓの制御を更に高い精度で行うことが可能となる。
以上のように、本実施形態によれば、互いに異なる発電特性を有する複数の分散電源２１を利用するシステム（例えば、マイクログリッド、離島等の電力系統）において、高精度な出力制御を実現することが可能となる。
＜変形例及び応用例＞
上記実施形態においては、システム目標値の一例としてシステム指令値ｒｓが用いられているが、システム目標値はこれに限定されるものではない。例えば、システム目標値は、所定時間経過後に必要となるシステム出力値ｙｓの予測値を示す需要予測値であってもよい。所定時間は、特に限定されるべきものではないが、十分な予測精度が期待できる時間であることが好ましく、例えば、１０分以内であり得る。この場合、制御指令演算部５２は、時系列の需要予測値ｆｄ（ｋ＋ｊ）（ｊ＝１，…,ｈ）から目標軌道（図６中、１０１参照）ｒｓｆ（ｋ＋ｊ）（ｊ＝１，…，ｈ）を算出する。需要予測値の時系列と、制御指令演算部５２が算出する目標軌道のサンプリング周期とが異なる場合は、需要予測値の時系列を補間して目標軌道を算出する。これにより、所定の精度がある需要予測情報を利用して高精度な出力制御を行うことが可能となる。
また、太陽光、風力等の再生エネルギーを利用する出力変動電源のモデルについて、分散電源の出力上限及び出力基準を発電出力予測情報に一致するように逐次に設定することで、出力抑制を可能とする出力変動電源を含めた複数電源による出力調整が可能となる。
また、太陽光発電や風力発電の他、水力発電やバイオガス発電を協調して制御することで、再生可能エネルギーを利用したＶＰＰ等における柔軟な出力調整が可能となる。
また、類似する応答特性を持つ分散電源を協調運用するようにした電源群を１つの分散電源とみなしてもよい。
また、多種の分散電源で構成する発電バランシンググループの運用計画をシステム目標値としてもよい。
上記実施形態における各種機能を実現するための処理をコンピュータに実行させるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ（Recordable）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供することが可能なものである。また、当該プログラムは、インターネット等のネットワーク経由で提供又は配布され得るものである。
１…電力システム、１１…需給管理システム、１２…分散電源制御システム、２１，２１－１～２１－ｎ…分散電源、２５…通信ネットワーク、２６…送配電ネットワーク、３１…ＣＰＵ、３２…ＲＡＭ、３３…ＲＯＭ、３４…補助記憶装置、３５…通信Ｉ／Ｆ、３６…ユーザＩ／Ｆ、３７…バス、５１…出力配分演算部、５２…制御指令演算部、５３，５３－１～５３－ｎ…補正部、５４…記憶部、６１…運用順位情報、６２…分散電源特性情報、６５…状態空間モデル情報、６６…最大出力変化速度情報、６７…出力上下限情報、６８…運用順位情報、７１…分散電源モデル、７２…補正制御器、ｆｒ…出力変動情報、ｒｉ，ｒ１～ｒＮｒ…基準出力指令値、ｒｓ…システム指令値、ｕｉ，ｕ１～ｕＮｒ…制御指令値、ｕｉ´，ｕ１´～ｕＮｒ´…（補正後）制御指令値、ｙｅ…システム予測値、ｙｉ，ｙ１～ｙＮｒ…分散電源出力値、ｙｉ´，ｙ１´～ｙＮｒ´…（補正後）分散電源出力値、ｙｓ…システム出力値、Δｔ…制御周期、Δｑ…補正周期

Claims (10)

  1. 所定の運用順位に基づく複数の分散電源の出力配分を示す基準出力指令値と、前記分散電源毎の発電特性を示す分散電源特性情報とに基づき、前記複数の分散電源の各出力を合計したシステム出力値の予測値を示すシステム予測値を演算し、前記システム出力値の目標値を示すシステム目標値と、前記システム予測値との差が小さくなるように、前記分散電源毎の出力の目標値を示す制御指令値を所定の制御周期毎に演算する演算部、
    を備える分散電源制御システム。
  2. 前記演算部は、前記システム出力値が前記システム目標値に達するまでの前記システム出力値の所定の経時変化を示す目標軌道と、前記システム予測値の経時変化を示す予測軌道との差が所定範囲内となるように、前記制御指令値を演算する、
    請求項１に記載の分散電源制御システム。
  3. 前記分散電源の実際の出力を示す分散電源出力値と、当該分散電源に対応する前記分散電源特性情報に基づき演算される当該分散電源の出力の予測値を示す分散電源予測値との差が小さくなるように、前記演算部により演算された前記制御指令値を補正する補正部、
    を更に備える請求項１又は２に記載の分散電源制御システム。
  4. 前記システム目標値と、前記運用順位を示す運用順位情報とに基づき、前記基準出力指令値を演算する出力配分演算部、
    を更に備える請求項１～３のいずれか１項に記載の分散電源制御システム。
  5. 前記出力配分演算部は、更に、前記分散電源の出力を変動させる要因に関する出力変動情報に基づき、前記基準出力指令値を演算する、
    請求項４に記載の分散電源制御システム。
  6. 前記発電特性は、出力要求に対する応答性を示す応答性情報、出力変化の制約を示す出力変化制約情報、出力の上限値を示す最大出力情報、出力の下限値を示す最小出力情報の少なくとも何れかを含む、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の分散電源制御システム。
  7. 前記演算部は、二次計画法又は凸最適化法を用いて前記制御指令値を演算する、
    請求項１～６のいずれか１項に記載の分散電源制御システム。
  8. 前記システム目標値は、所定時間経過後に必要となる前記システム出力値の予測値を示す需要予測値である、
    請求項１～７のいずれか１項に記載の分散電源制御システム。
  9. 所定の運用順位に基づく複数の分散電源の出力配分を示す基準出力指令値と、前記分散電源毎の発電特性を示す分散電源特性情報とに基づき、前記複数の分散電源の各出力を合計したシステム出力値の予測値を示すシステム予測値を演算する工程と、
    前記システム出力値の目標値を示すシステム目標値と、前記システム予測値との差が小さくなるように、前記分散電源毎の出力の目標値を示す制御指令値を所定の制御周期毎に演算する工程と、
    を含む分散電源制御方法。
  10. コンピュータに、
    所定の運用順位に基づく複数の分散電源の出力配分を示す基準出力指令値と、前記分散電源毎の発電特性を示す分散電源特性情報とに基づき、前記複数の分散電源の各出力を合計したシステム出力値の予測値を示すシステム予測値を演算する処理と、
    前記システム出力値の目標値を示すシステム目標値と、前記システム予測値との差が小さくなるように、前記分散電源毎の出力の目標値を示す制御指令値を所定の制御周期毎に演算する処理と、
    を実行させるプログラム。
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