JPWO2021117127A1 - 発電量予測装置 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態によれば、太陽光パネル（６）とインバータ（７）とを有する発電部（３）と、通信ネットワーク（５）と、を備えた太陽光発電システム（２）の発電量を予測する発電量予測装置（１０）であって、前記通信ネットワーク（５）に接続される通信部（１２）と、前記通信部（１２）を介して取得した情報に基づいて前記発電部（３）の発電量を予測する制御部（１４）と、を備え、前記制御部（１４）は、前記発電部（３）の現在の発電量と同時刻における前日の前記発電部（３）の発電量との比を表す発電係数を計算し、現在の雨量が所定量よりも多い場合には、所定時間前から現在までの雨量の増減を基に前記発電係数を補正して補正後の発電係数を計算するとともに、現在の雨量が前記所定量以下の場合には、前記発電係数をそのまま前記補正後の発電係数に置き換え、将来時刻における前日の前記発電部（３）の発電量に前記補正後の発電係数を乗算することにより、前記将来時刻における前記発電部（３）の予測発電量を計算する発電量予測装置（１０）が提供される。これにより、太陽光発電の短期間の発電量を精度良く予測できる発電量予測装置（１０）が提供される。

Description

本発明の実施形態は、発電量予測装置に関する。

太陽光や風力などの再生可能エネルギーを利用した発電の発電量が増加すると、電力の需要と供給のバランスを調整することが難しくなってしまう場合がある。このため、再生可能エネルギーに基づく発電の発電量をリアルタイムに予測することが重要となっている。

例えば、太陽光発電において、ＡＩ（Artificial Intelligence）による機械学習により、過去の多種多様な実績データを蓄積し続け、膨大なデータから複数の予測式を自動で算出し、天気予報情報から発電量を予測することが検討されている。こうした方式では、１日単位、１週間単位、１ヶ月単位などの長期間の予測を実現することが可能である。

しかしながら、数分後や数時間後などの短期間の発電量予測において、太陽光発電プラント内の設備故障などにより、太陽光発電プラントが通常の発電能力を損なった場合などには、即座に発電量予測に反映することが難しかった。このため、太陽光発電においては、数分後や数時間後などの短期間の発電量をより精度良く予測できるようにすることが望まれる。

特開２０１７−１２７１４０号公報

本発明の実施形態は、太陽光発電の短期間の発電量を精度良く予測できる発電量予測装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、太陽光パネルとインバータとを有する発電部と、通信ネットワークと、を備えた太陽光発電システムの発電量を予測する発電量予測装置であって、前記通信ネットワークに接続される通信部と、前記通信部を介して取得した情報に基づいて前記発電部の発電量を予測する制御部と、を備え、前記制御部は、前記発電部の現在の発電量と同時刻における前日の前記発電部の発電量との比を表す発電係数を計算し、現在の雨量が所定量よりも多い場合には、所定時間前から現在までの雨量の増減を基に前記発電係数を補正して補正後の発電係数を計算するとともに、現在の雨量が前記所定量以下の場合には、前記発電係数をそのまま前記補正後の発電係数に置き換え、将来時刻における前日の前記発電部の発電量に前記補正後の発電係数を乗算することにより、前記将来時刻における前記発電部の予測発電量を計算する発電量予測装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、太陽光発電の短期間の発電量を精度良く予測できる発電量予測装置が提供される。

実施形態に係る太陽光発電プラント及び発電量予測装置を模式的に表すブロック図である。 実施形態に係る発電量予測装置の動作の一例を模式的に表すフローチャートである。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る太陽光発電プラント及び発電量予測装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、発電量予測装置１０は、太陽光発電プラント２（太陽光発電システム）に組み込んで用いられる。発電量予測装置１０は、太陽光発電プラント２で発電される発電量の予測を行う。発電量予測装置１０は、より詳しくは、太陽光発電プラント２において数分後や数時間後などの短期間先に発電される発電量の予測を行う。

発電量予測装置１０は、例えば、発電量の予測結果を表示し、太陽光発電プラント２の管理者などが発電量の予測結果をモニタできるようにする。発電量の予測結果の表示は、発電量予測装置１０で行ってもよいし、ネットワークを介して予測結果を送信することなどにより、太陽光発電プラント２の別の機器で行ってもよい。

発電量予測装置１０は、あるいは、発電量の予測結果をネットワークなどを介して電力会社の機器に送信する。これにより、太陽光発電プラント２の発電量の予測結果を電力会社側で把握することができる。例えば、発電量の予測結果を電力系統全体の発電計画に反映させることができる。

太陽光発電プラント２は、発電量予測装置１０の他に、発電部３、雨量計４、通信ネットワーク５などを備える。発電部３は、太陽光パネル６とインバータ７とを有する。発電部３は、例えば、複数の太陽光パネル６及び複数のインバータ７を備える。太陽光パネル６及びインバータ７の数は、任意の数でよい。太陽光パネル６及びインバータ７の数は、１つでもよい。発電量予測装置１０は、太陽光発電プラント２に限ることなく、例えば、家庭用の太陽光発電システムなどの発電量の予測に用いてもよい。

太陽光パネル６は、光起電力効果を利用し、太陽光の光エネルギーを直流電力に変換する。インバータ７は、太陽光パネル６で発電された直流電力を電力系統（図示は省略）に応じた交流電力に変換し、変換後の交流電力を電力系統に供給する。

雨量計４は、太陽光パネル６の設置箇所の雨量を計測する。通信ネットワーク５は、太陽光発電プラント２内の各機器の通信を可能にする。発電量予測装置１０は、通信ネットワーク５を介して複数のインバータ７及び雨量計４と通信可能に接続される。なお、通信ネットワーク５は、有線に限ることなく、一部に無線の区間を有してもよい。通信ネットワーク５の構成は、発電量予測装置１０と各インバータ７との間の通信、及び発電量予測装置１０と雨量計４との間の通信を可能にする任意の構成でよい。

発電量予測装置１０は、通信部１２と、制御部１４と、記憶部１６と、を備える。発電量予測装置１０は、例えば、予測結果を表示するための表示部などをさらに備えてもよい。通信部１２は、太陽光発電プラント２の通信ネットワーク５に接続される。通信部１２は、有線で通信ネットワーク５と接続してもよいし、無線を介して通信ネットワーク５と接続してもよい。通信部１２は、例えば、通信ネットワーク５を介して各インバータ７及び雨量計４と通信を行う。

制御部１４は、通信部１２と接続されている。制御部１４は、通信部１２を介して取得した情報に基づいて発電部３の発電量を予測する。

制御部１４は、通信部１２及び通信ネットワーク５を介して各インバータ７と通信を行うことにより、各インバータ７の現在の発電量を取得する。制御部１４は、各インバータ７の発電量の合計から発電部３（太陽光発電プラント２）の現在の発電量を表す発電量情報を取得する。なお、インバータ７の数が１つである場合には、インバータ７の発電量を発電部３の発電量情報として取得すればよい。

また、制御部１４は、通信部１２及び通信ネットワーク５を介して雨量計４と通信を行うことにより、太陽光パネル６の設置箇所における単位時間当たりの雨量を表す雨量情報を雨量計４から取得する。単位時間は、例えば、１分間である。

発電量の予測結果を電力会社の機器に送信する場合、制御部１４は、通信部１２及び通信ネットワーク５を介して電力会社の機器と通信を行ってもよいし、通信部１２とは別の通信部及び通信ネットワーク５とは別のネットワークを介して電力会社の機器と通信を行ってもよい。

なお、発電量情報の取得方法は、各インバータ７との通信に限定されるものではない。発電量情報は、例えば、各インバータ７の動作を制御する上位のコントローラなどから取得してもよいし、発電部３の発電量を計測する電力計などから取得してもよいし、電圧計や電流計などの計測結果を基に制御部１４で演算して取得してもよい。また、雨量情報は、必ずしも雨量計４から取得しなくてもよい。雨量情報は、例えば、上位のコントローラや天候の情報を提供する外部のサーバなどから取得してもよい。

記憶部１６は、制御部１４と接続されている。記憶部１６は、制御部１４から入力された情報を記憶するとともに、記憶した情報の制御部１４による読み出しを可能にする。

制御部１４は、発電部３の発電量情報を取得した後、その発電量情報を取得した時刻と関連付けて記憶部１６に記憶させる。また、制御部１４は、発電部３の発電量情報を定期的に取得することにより、所定の時刻毎に発電量情報を記憶部１６に記憶させる。これにより、制御部１４は、当日（本日）の発電部３の発電量の時間的変化を表す当日発電量情報２０を生成する。

制御部１４は、例えば、日付が変わった際などに、前日に取得した当日発電量情報２０を前日発電量情報２２として記憶部１６に記憶させる。前日発電量情報２２は、より詳しくは、定期的に取得された発電部３の発電量と、発電量の取得時刻と、を関連付けることにより、発電部３の前日の発電量の時間的変化を表す情報である。これにより、制御部１４は、前日発電量情報２２を参照することで、現在の時刻と同時刻における前日の発電部３の発電量などを知ることができる。なお、前日よりも前の発電量情報は、記憶部１６に記憶させておいてもよいし、消去してもよい。

制御部１４は、太陽光パネル６の設置箇所の雨量情報を取得した後、その雨量情報を記憶部１６に記憶させる。制御部１４は、雨量情報を定期的に取得し、記憶部１６に記憶させる。これにより、制御部１４は、太陽光パネル６の設置箇所における所定時間前から現在までの所定期間の単位時間毎の雨量の変化を表す所定期間雨量情報２４を生成する。所定期間は、例えば、３０分である。制御部１４は、例えば、１分毎に雨量情報を取得することにより、３０分前から現在までの雨量の変化を表す所定期間雨量情報２４を生成する。但し、所定期間は、３０分に限ることなく、任意の期間でよい。

このように、制御部１４は、当日発電量情報２０と前日発電量情報２２と所定期間雨量情報２４とを生成し、各情報を記憶部１６に記憶させる。なお、当日発電量情報２０、前日発電量情報２２、及び所定期間雨量情報２４は、発電量予測装置１０の記憶部１６に限ることなく、例えば、通信ネットワーク５を介して接続された別の記憶装置などに記憶させてもよい。この場合、当日発電量情報２０、前日発電量情報２２、及び所定期間雨量情報２４を記憶するための記憶部１６は、省略可能である。発電量予測装置１０は、少なくとも通信部１２と制御部１４とを備えていればよい。また、当日発電量情報２０、前日発電量情報２２、及び所定期間雨量情報２４は、制御部１４に限ることなく、別の機器で生成してもよい。例えば、所定期間雨量情報２４は、雨量計４で生成するとともに、雨量計４に記憶させてもよい。

図２は、実施形態に係る発電量予測装置の動作の一例を模式的に表すフローチャートである。
図２に表したように、発電量予測装置１０の制御部１４は、動作を開始すると、まず、通信部１２及び通信ネットワーク５を介して各インバータ７と通信を行うことにより、発電部３の現在の発電量ＰＶを取得する（図２のステップＳ１０１）。

制御部１４は、発電部３の現在の発電量ＰＶを取得した後、記憶部１６に記憶された前日発電量情報２２を参照することにより、発電部３の現在の発電量ＰＶを取得した時刻と同時刻における前日の発電部３の発電量ＯＶを取得する（図２のステップＳ１０２）。

制御部１４は、現在の発電量ＰＶ及び前日の発電量ＯＶを取得した後、次の（１）式により、発電係数Ｋを計算する（図２のステップＳ１０３）。
Ｋ＝ＰＶ／ＯＶ・・・（１）
発電係数Ｋは、すなわち、現在の発電量ＰＶと前日同時刻の発電量ＯＶとの比を表す。現在の発電量ＰＶ及び前日の発電量ＯＶは、気象条件や設備の稼働状況などに応じて変化する。気象条件は、より具体的には、日射強度や太陽光パネル６の温度などである。設備の稼働状況は、より具体的には、各インバータ７の運転・停止の状態、太陽光パネル６の故障、主回路ケーブルの断線、及び太陽光発電プラント２内の消費電力などである。

制御部１４は、発電係数Ｋを計算した後、通信部１２及び通信ネットワーク５を介して雨量計４と通信を行うことにより、太陽光パネル６の設置箇所における現在の雨量情報を取得する。そして、制御部１４は、取得した雨量情報を基に、太陽光パネル６の設置箇所の現在の雨量が所定量以下か否かを判定する（図２のステップＳ１０４）。所定量は、例えば、０ｍｍである。換言すれば、制御部１４は、太陽光パネル６の設置箇所に雨が降っているか否かを判定する。但し、所定量は、０ｍｍに限定されるものではない。所定量は、例えば、降雨が太陽光パネル６の発電に与える影響などを考慮して適宜設定すればよい。

制御部１４は、現在の雨量が所定量よりも多いと判定した場合、記憶部１６に記憶された所定期間雨量情報２４を参照することにより、現在時刻までの雨量の増減ΔＰＲを取得する（図２のステップＳ１０５）。換言すれば、制御部１４は、雨量計４から取得した雨量情報に基づいて雨量の増減ΔＰＲを取得する。

制御部１４は、例えば、次の（２）式により、雨量の増減ΔＰＲを取得する。
ΔＰＲ＝１＋（（３０分前から１５分前までの雨量）−（１５分前から現在までの雨量））／１００・・・（２）
この場合、ΔＰＲは、（３０分前から１５分前までの雨量）と（１５分前から現在までの雨量）とが同じである場合に、１となる。そして、ΔＰＲは、（３０分前から１５分前までの雨量）が（１５分前から現在までの雨量）よりも多い場合に、１よりも大きくなり、（３０分前から１５分前までの雨量）が（１５分前から現在までの雨量）よりも少ない場合に、１よりも小さくなる。すなわち、ΔＰＲは、３０分前から１５分前までの間と１５分前から現在までの間とで雨量の変化が無い場合に１となり、３０分前から１５分前までの間と１５分前から現在までの間とで雨量が減少した場合に１よりも大きくなり、３０分前から１５分前までの間と１５分前から現在までの間とで雨量が増加した場合に１よりも小さくなる。

このように、雨量の増減ΔＰＲは、所定期間に雨量の変化が無い場合に１となり、所定期間に雨量が減少した場合に１よりも大きくなり、所定期間に雨量が増加した場合に１よりも小さくなる。所定期間は、所定期間雨量情報２４の期間と同じである。この例において、所定期間は、３０分である。前述のように、所定期間は、３０分に限ることなく、任意の期間でよい。

制御部１４は、雨量の増減ΔＰＲを取得した後、ΔＰＲが１か否かを判定する（図２のステップＳ１０６）。制御部１４は、ΔＰＲが１ではないと判定した場合、次の（３）式により、発電係数Ｋを補正する（図２のステップＳ１０７）。
Ｋ´＝Ｋ×ΔＰＲ・・・（３）
一方、制御部１４は、ステップＳ１０４において現在の雨量が所定量以下であると判定した場合（雨が降っていない場合）、及びステップＳ１０６においてΔＰＲが１であると判定した場合には、Ｋ´＝Ｋとし、発電係数Ｋをそのまま補正後の発電係数Ｋ´に置き換える（図２のステップＳ１０８）。

制御部１４は、補正後の発電係数Ｋ´を求めた後、変数ｉに０を設定するとともに、変数ｉが所定値ｎ以下か以下を判定する（図２のステップＳ１０９、Ｓ１１０）。

制御部１４は、変数ｉが所定値ｎ以下であると判定した場合、記憶部１６に記憶された前日発電量情報２２を参照することにより、将来時刻Ｔ（ｉ）における前日の発電部３の発電量ＯＶ（Ｔ（ｉ））を取得する（図２のステップＳ１１１）。将来時刻Ｔ（ｉ）は、現在の時刻から数分から数時間後の短期間の時刻である。

制御部１４は、将来時刻Ｔ（ｉ）における前日の発電量ＯＶ（Ｔ（ｉ））を取得した後、次の（４）式により、将来時刻Ｔ（ｉ）における予測発電量ＰＶ（Ｔ（ｉ））を計算する（図２のステップＳ１１２）。
ＰＶ（Ｔ（ｉ））＝Ｋ´×ＯＶ（Ｔ（ｉ））・・・（４）
すなわち、制御部１４は、将来時刻Ｔ（ｉ）における前日の発電量ＯＶ（Ｔ（ｉ））に補正後の発電係数Ｋ´を乗算することにより、将来時刻Ｔ（ｉ）における発電部３の予測発電量ＰＶ（Ｔ（ｉ））を計算する。制御部１４は、予測発電量ＰＶ（Ｔ（ｉ））を計算した後、変数ｉに１を加算し、ステップＳ１１０の処理に戻る。これにより、制御部１４は、数分間隔あるいは数時間間隔の複数の予測発電量ＰＶ（Ｔ（ｉ））を取得する。

制御部１４は、複数の予測発電量ＰＶ（Ｔ（ｉ））を取得した後、例えば、各予測発電量ＰＶ（Ｔ（ｉ））を発電量の予測結果として表示部に表示したり、電力会社の機器に送信したりする。これにより、発電量の予測結果をモニタしたり発電計画に反映させたりすることが可能となる。

以上、説明したように、本実施形態に係る発電量予測装置１０では、発電係数Ｋと雨量の増減ΔＰＲとを基に補正後の発電係数Ｋ´を求め、将来時刻Ｔ（ｉ）における前日の発電量ＯＶ（Ｔ（ｉ））に補正後の発電係数Ｋ´を乗算することにより、将来時刻Ｔ（ｉ）における予測発電量ＰＶ（Ｔ（ｉ））を計算する。

例えば、前日よりも気象条件が良い場合や設備の故障が解消された場合などには、現在の発電量ＰＶが前日同時刻の発電量ＯＶよりも大きくなる。従って、この場合、発電係数Ｋは、１よりも大きくなる。反対に、前日よりも気象条件が悪い場合や設備が故障した場合などには、現在の発電量ＰＶが前日同時刻の発電量ＯＶよりも小さくなり、発電係数Ｋは、１よりも小さくなる。

従って、発電係数Ｋに基づいて予測発電量ＰＶ（Ｔ（ｉ））を計算することにより、現在と前日同時刻との間の気象条件や設備の稼働状況の違いの発電量への影響を適切に予測結果に反映させることができる。太陽光発電プラント２内の設備故障などにより、太陽光発電プラント２が通常の発電能力を損なった場合などにも、即座に発電量予測に反映することができる。

さらに、雨量の増減ΔＰＲを取得し、雨量の増減ΔＰＲを基に発電係数Ｋを補正することにより、雨量が一定であるか、増加傾向にあるか、減少傾向にあるか、という現在の降雨の発電量への影響を適切に予測結果に反映させることができる。

従って、本実施形態に係る発電量予測装置１０によれば、太陽光発電プラント２の短期間の発電量を精度良く予測することができる。また、本実施形態に係る発電量予測装置１０では、特別なセンサー、膨大なデータ処理、高精度な天気予報情報などが無い状況でもリアルタイムの発電予測が可能となる。発電量予測装置１０では、装置構成の複雑化を抑制しつつ、太陽光発電プラント２の短期間の発電量を精度良く予測することができる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、太陽光発電プラント２及び発電量予測装置１０に含まれる各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した太陽光発電プラント２及び発電量予測装置１０を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての太陽光発電プラント（太陽光発電システム）及び発電量予測装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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は意図していない。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

Claims (7)

1. 太陽光パネルとインバータとを有する発電部と、通信ネットワークと、を備えた太陽光発電システムの発電量を予測する発電量予測装置であって、
   前記通信ネットワークに接続される通信部と、
   前記通信部を介して取得した情報に基づいて前記発電部の発電量を予測する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記発電部の現在の発電量と同時刻における前日の前記発電部の発電量との比を表す発電係数を計算し、
   現在の雨量が所定量よりも多い場合には、所定時間前から現在までの雨量の増減を基に前記発電係数を補正して補正後の発電係数を計算するとともに、現在の雨量が前記所定量以下の場合には、前記発電係数をそのまま前記補正後の発電係数に置き換え、
   将来時刻における前日の前記発電部の発電量に前記補正後の発電係数を乗算することにより、前記将来時刻における前記発電部の予測発電量を計算する
   発電量予測装置。
2. 前記制御部は、前記発電係数をＫとし、前記発電部の現在の発電量をＰＶとし、同時刻における前日の前記発電部の発電量をＯＶとする時、Ｋ＝ＰＶ／ＯＶの式により、前記発電係数を計算する請求項１記載の発電量予測装置。
3. 前記制御部は、前記通信部及び前記通信ネットワークを介して前記インバータと通信を行うことにより、前記発電部の現在の発電量を前記インバータから取得する請求項１記載の発電量予測装置。
4. 前記発電部の前日の発電量の時間的変化を表す前日発電量情報を記憶した記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記前日発電量情報を参照することにより、前記発電部の現在の発電量を取得した時刻と同時刻における前日の前記発電部の発電量を取得する請求項１記載の発電量予測装置。
5. 前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記前日発電量情報を参照することにより、前記将来時刻における前日の前記発電部の発電量を取得する請求項４記載の発電量予測装置。
6. 前記制御部は、所定期間に雨量の変化が無い場合に１となり、前記所定期間に雨量が減少した場合に１よりも大きくなり、前記所定期間に雨量が増加した場合に１よりも小さくなる前記雨量の増減を取得し、前記雨量の増減を前記発電係数に乗算することにより、前記補正後の発電係数を計算する請求項１記載の発電量予測装置。
7. 前記太陽光発電システムは、前記太陽光パネルの設置箇所の雨量を計測する雨量計を備え、
   前記制御部は、前記通信部及び前記通信ネットワークを介して前記雨量計と通信を行い、前記太陽光パネルの設置箇所における単位時間当たりの雨量を表す雨量情報を前記雨量計から取得し、前記雨量情報に基づいて前記雨量の増減を取得する請求項６記載の発電量予測装置。

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