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技術 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

出願人 株式会社日立製作所
発明者 山崎潤河原大一郎加藤大祐藤原徹
出願日 2017年11月10日 (3年3ヶ月経過) 出願番号 2017-217501
公開日 2019年6月13日 (1年8ヶ月経過) 公開番号 2019-091106
状態 未査定
技術分野 給配電網の遠方監視・制御 交流の給配電
主要キーワード 周波数変動値 出力総和 制御不足 建設段階 制御終了時刻 電力コンデンサ 気象変動 制御要件
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (18)

課題

調達電源電力市場から調達するときのリスク盛り込んだ需給制御計画立案支援すること。

解決手段

電力需給制御装置1は、電力市場から調達するリスクを伴う調達用電源ごとに、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33cと、調達用電源ごとの電源出力とをもとに、必要とされる電源出力を調達用電源が出力できなくなる確率である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と、電源調達リスクデータ34が所定基準に達するまで、需給制御計画データ32に対して調達用電源を追加する需給制御計画修正部15とを有する。

概要

背景

近年、太陽光発電風力発電に代表される自然エネルギー発電系統に大量導入されつつある。それらの自然エネルギーは急峻かつ事前想定困難な発電出力変動を伴う出力制御ができない電力供給源である。
特許文献1には、自然エネルギーによる出力変動一般負荷による需要変動切り分け地域要求電力(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LF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。

概要

調達電源電力市場から調達するときのリスク盛り込んだ需給制御計画立案支援すること。電力需給制御装置1は、電力市場から調達するリスクを伴う調達用電源ごとに、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33cと、調達用電源ごとの電源出力とをもとに、必要とされる電源出力を調達用電源が出力できなくなる確率である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と、電源調達リスクデータ34が所定基準に達するまで、需給制御計画データ32に対して調達用電源を追加する需給制御計画修正部15とを有する。

目的

本発明は、調達用電源を電力市場から調達するときのリスクを盛り込んだ需給制御計画の立案を支援することを、主な課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電力市場から調達するリスクを伴う調達用電源ごとに、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前記調達用電源を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

請求項2

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、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3

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。

請求項4

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。

請求項5

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6

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

請求項7

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前記調達用電源を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

技術分野

0001

本発明は、電力計画装置電力需給制御システム、および、電力計画方法に関わる。

背景技術

0002

近年、太陽光発電風力発電に代表される自然エネルギー発電系統に大量導入されつつある。それらの自然エネルギーは急峻かつ事前想定困難な発電出力変動を伴う出力制御ができない電力供給源である。
特許文献1には、自然エネルギーによる出力変動一般負荷による需要変動切り分け地域要求電力(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LF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。

先行技術

0003

特開2014−204577号公報

発明が解決しようとする課題

0004

電力系統を安定して運用するために、電力需要量に対して、発電機で発電される電力の供給量が一致するような需給制御計画立案が、電力系統運用者に求められている。需給制御計画に盛り込む電力の需要量や供給量は、時間とともに変動するため、正確な予測値を事前に計算することは困難である。そのため、需給制御計画の実行時点において、電力の供給量が需要量に対して不足することも起こりうる。

0005

ところで、従来、電力会社は、自前で保有している発電施設(以下、「自前電源」)を用いて、火力発電水力発電原子力発電などを行ってきた。これらの自前電源は、発電時期や発電量などをきめ細かく制御しやすいため、電源制御不確実性が低く安定した電力供給源といえる。しかし、発電量が不足したときに新たな発電施設を追加するには、発電所建設段階から長期間の準備がかかるため、急な電力調達には不向きである。

0006

一方、新たな電力供給源として、外部の電力市場を通じて調達可能な電源(以下、「調達用電源」)が注目されている。調達用電源を柔軟に調達し、取引を行うことができる電力市場(需給調整市場)を2020年を目途に創設することで、調達用電源の確保を加速化させることが期待される。よって、電力会社は、自前電源であらかじめ用意した電力の供給量が急に不足したときには、電力市場から調達用電源を確保することで、需給制御計画における電力不足を解消することができる。つまり、電力系統運用者は、事前調達した調達用電源に対し適切な制御指令を送信することで需要と供給とを一致させ、系統周波数閾値内に収め、系統の安定運用を実現することができる。

0007

調達用電源の例として、蓄電池制御揚水発電ポンプアップ電気自動車充放電制御デマンドレスポンス(DR:Demand Response)があげられる。また、複数の調達用電源を包含するマイクログリッド仮想発電所(VPP:Virtual Power Plant)も存在する。火力発電、水力発電の休廃止により自前電源の規模が減少するなか、外部の調達用電源を需給制御計画に盛り込む割合は、増加傾向にある。
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多寡により需要家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。

0008

しかし、従来の技術では、調達用電源を電力市場から調達するときのリスクを需給制御計画に盛り込む仕組みは提案されていない。例えば、特許文献1に記載の需給制御システムでは、自然エネルギーの発電出力変動のようなもともと人間には制御できない気候の変化についての考慮にとどまり、人間には制御できるものの、電力市場から調達するときのリスクを伴う調達用電源は、対象外である。

0009

そこで、本発明は、調達用電源を電力市場から調達するときのリスクを盛り込んだ需給制御計画の立案を支援することを、主な課題とする。

課題を解決するための手段

0010

前記課題を解決するために、本発明の電力計画装置は、以下の特徴を有する。
本発明は、電力市場から調達するリスクを伴う調達用電源ごとに、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前記調達用電源を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。

発明の効果

0011

本発明によれば、調達用電源を電力市場から調達するときのリスクを盛り込んだ需給制御計画の立案を支援することができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の一実施形態に関する電力需給制御システムの構成図である。
本発明の一実施形態に関する電力需給制御装置の構成図である。
本発明の一実施形態に関する需給変動予測データを示す構成図である。
本発明の一実施形態に関する電力市場入札データを示す構成図である。
本発明の一実施形態に関する需給制御計画データを示す構成図である。
本発明の一実施形態に関する制御指令応答実績データを示す構成図である。
本発明の一実施形態に関する電源制御不確実性データを示す構成図である。
本発明の一実施形態に関する電源調達リスクデータを示す構成図である。
本発明の一実施形態に関する電源調達リスク上限データを示す構成図である。
本発明の一実施形態に関する需給変動予測部による需給変動予測データを算出するフローチャートである。
本発明の一実施形態に関する調達用電源ごとの電源制御不確実性データを算出するフローチャートである。
本発明の一実施形態に関する電源調達リスクデータを算出するフローチャートである。
本発明の一実施形態に関する総電源不確実性データの算出処理を示す確率分布グラフである。
本発明の一実施形態に関するリスク考慮計画データを算出するフローチャートである。
本発明の一実施形態に関する電源調達リスクを考慮しないときのグラフである。
本発明の一実施形態に関する電源調達リスクが存在するときのグラフである。
本発明の一実施形態に関するリスク考慮計画データを示すグラフである。

実施例

0013

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

0014

図1は、電力需給制御システムの構成図である。
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。

0015

電力需給制御装置1の内部構成として、CPU(Central Processing Unit)201と、表示装置202と、通信手段203と、入力手段204と、メモリ205と、記憶装置206とがバス線211に接続されている。
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。

0016

通信手段203は、通信ネットワーク108を通じて計測装置21および計測装置21から潮流値電圧値などの系統状態量を取得する。
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。

0017

電力市場管理システム300は、発電事業者および送配電事業者が電力の売買を行う電力市場の取引を管理する。市場運用の方式は取引される商品種別により多様な形態が存在する。例えば、需給制御の1日前までに入札約定を完了するスポット市場の市場運用形態を用いてもよいし、需給制御を行う当日に調達用電源を追加取引するリアルタイム市場の市場運用形態を用いてもよい。
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。

0018

電力会社が保有する自前電源の設備として、例えば、発電機101(101a、101b)と、変電所102と、調相機器103と、電力負荷104と、外部電力系統105と、計測装置121(121a〜121e)とが図示されており、これらの各設備は情報通信ネットワーク108を介して電力需給制御装置1と接続される。
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。

0019

発電機101は、発電力を生じる発電機であり、火力発電、水力発電、原子力発電、太陽光発電、風力発電、バイオマス発電、潮流発電を含むいずれかの発電手法により発電力を生じる発電機である。
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。

0020

変電所102は、電力系統内の送電線間に設置され、大規模発電機である発電機101aが設置される高電圧側から送電される電力の電圧値を変更し、電力負荷104が設置されている低電圧側に送電する。変電所102には、電力コンデンサ分路リアクトルなどの調相機器103が接続される。
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。

0021

各計測装置121(121a〜121e)は、各発電機101における発電量、調相機器103における調相量、送電線における潮流値、電圧値、などの系統状態量を計測するセンサを内部に含む。
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。

0022

図2は、電力需給制御装置1の構成図である。
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。

0023

以下が、処理部10の概要である。
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)。

0024

図3は、需給変動予測データ31を示す構成図である。需給変動予測データ31は、1行目変動周期ごとに、周波数変動値21の予測値と、連系潮流変動値22の予測値と、発電量変動値23の予測値と、気象変動値24の予測値と、総需給変動値31aと、その総需給変動値31aに関する予測誤差である総需給誤差値31bとが対応付けられている。入力された各種変動値21〜24である一定の時間長を持つ時系列データから変動周期ごとの需給変動予測データ31を算出する際には、需給変動予測部11は、フーリエ変換ウェーブレット変換などの周波数分解手法を適用すればよい。

0025

図4は、電力市場入札データ25を示す構成図である。電力市場入札データ25は、電力市場に出されている調達用電源ごとのレコードデータ(行データ)として、制御性能を表す指標最大制御量最大出力変化速度持続時間、起動可能時間)と、電源調達コスト(調達に要する単価の情報)とが対応付けられている。電力市場入札データ25は、例えば、電力市場管理システム300から電力需給制御装置1に配布される。

0026

図5は、需給制御計画データ32を示す構成図である。需給制御計画データ32は、電力市場入札データ25から計画に組み込むために選択された調達用電源A,Bに対し、制御量、出力変化速度制御開始時刻制御終了時刻が、計画内容として対応付けられている。
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。

0027

このとき、総需給変動値31aが需要増加の傾向を示す場合、需給制御計画作成部12は、電源調達コストの低い調達用電源から順に出力を増加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。
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。

0028

図6は、制御指令応答実績データ26を示す構成図である。
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。

0029

需給条件データ26cは、応答実績データ26bにおいて制御が実行された時点での条件データである。需給条件データ26cは、需給変動パターンに影響を与えると推定される情報として、日種(平日、休日、特別日など)、気象天候気温など)、時刻時間帯、昼、夕、夜など)、電源種別、制御直前の時点での現在出力定格出力の情報を含む。
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。

0030

図7は、電源制御不確実性データ33を示す構成図である。
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。

0031

図8は、電源調達リスクデータ34を示す構成図である。
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。

0032

図9は、電源調達リスク上限データ27を示す構成図である。電源調達リスク上限値27aは、電源調達リスクデータ34の変動周期ごとに許容される電源調達リスク値34aの範囲(例えば上限値)が規定される。この電源調達リスク上限データ27は、例えば、事前にユーザにより手入力されたデータである。
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。

0033

図10は、需給変動予測部11による需給変動予測データ31を算出するフローチャートである。
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。

0034

S103として、需給変動予測部11は、S102で分類した需給条件データ26cごとの計測データと、需給条件データ26cごとに該当する応答実績データ26bとを入力として、需給変動予測モデルを作成する。つまり、需給変動予測部11は、S101の各種変動値21〜24のうちの少なくとも1つの変動値を入力として、重回帰分析機械学習多変量解析などのモデル化手法を適用することで、需給変動に関連する情報を出力とする需給変動予測モデルを作成する。なお、需給変動に関連する情報は、需要変動、他系統連系潮流変動、再生可能エネルギー変動に由来する情報である。

0035

なお、需給変動予測部11は、各種変動値21〜24について個別に需給変動予測モデルを作成してもよい。また、需給変動予測部11は、各種変動値21〜24の計測値または予測値を以下の(式1)に入力して総需給変動値31aを算出し、その総需給変動値31aを出力とする需給変動予測モデルを構築してもよい。
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。

0036

S104として、需給変動予測部11は、S103で作成した需給変動予測モデルを用いて、予測対象となる時点における需給変動予測データ31を算出する。なお、予測対象となる時点において計測値が存在する場合には、予測値に代えて計測値を需給変動予測データ31に含めてもよい。
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。

0037

図11は、調達用電源ごとの電源制御不確実性データ33を算出するフローチャートである。
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。

0038

図12は、電源調達リスクデータ34を算出するフローチャートである。
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。

0039

図13は、S302の総電源不確実性データの算出処理を示す確率分布のグラフである。グラフの横軸が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(制御出力)を示し、グラフの縦軸各制御出力の発生確率を示す。
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。

0040

さらに、S303として、電源調達リスク算出部14は、図13の確率分布に対して需給変動予測データ31と同量の供給量を確保不可となる(つまり、電源供給が不足する)確率の値として電源調達リスク値34aを定義する。
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。

0041

図14は、リスク考慮計画データ35を算出するフローチャートである。
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。

0042

S403として、需給制御計画修正部15は、S402で抽出した調達用電源の中から、今回新たに計画データに追加する調達用電源を選択する。この追加する調達用電源により電力供給余裕ができるので、電源調達リスク値34aを改善することができる。
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。

0043

S404として、需給制御計画修正部15は、S403で選択した調達用電源を現在の計画データに追加したリスク考慮計画データ35を作成する(換言すると、新たな調達用電源を追加することで、現在の計画データを修正する)。そして、電源調達リスク算出部14は、修正された最新のリスク考慮計画データ35についても、図12のフローチャートと同様に電源調達リスク値34aを算出する。
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。

0044

図15図17は、図14の処理の補足説明をするためのグラフである。グラフの横軸はC1,C2,C3の3期間に区切った変動周期を示し、グラフの縦軸は各変動周期における電力需給変動幅を示す。

0045

図15は、電源調達リスクを考慮せずに、調達用電源においても自前電源と同様に、100%制御指令データ26a通りの応答実績データ26bが得られるという楽観的な仮定でのグラフである。
このグラフの右上がり曲線は、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)。

0046

図15では、3期間の変動周期のうちのいずれの期間においても、総需給変動値31aの最も需要が高い場合(一番上の破線)を、調達用電源の出力総和カバーしているので、制御不足(供給不足)は発生しない。例えば、変動周期C1では、2つの調達用電源G1a,G2aの出力総和の需給変動幅(G2aの四角形の上辺の高さ)が、一番上の破線よりも充分に余裕を持って高い位置にある。

0047

図16は、図15とは異なり、実際には電源調達リスクが存在するために、調達用電源で制御不足が発生してしまう場合のグラフである。
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理論値よりも図16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。

0048

これにより、変動周期C3において、総需給誤差値31bを加味した総需給変動値31aのグラフ線(3本線のうちの上側の破線)が、調達用電源G4b、G5bの総和である需給変動幅(S302の総電源不確実性データ)よりも大きくなってしまう「制御不足分」が発生してしまう。つまり、図16のような電源調達リスクにより「制御不足分」が存在する需給制御計画データ32を、需給制御計画修正部15は修正する必要がある。

0049

図17は、図16の状態に対して、需給制御計画修正部15が需給制御計画データ32を修正したリスク考慮計画データ35を示すグラフである。図16の需給制御計画データ32には6つの調達用電源G1a〜G5aが含まれていたが、図17のリスク考慮計画データ35には新たな7つめの調達用電源G6が追加される。
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)。

0050

以上説明した本実施形態では、電源調達リスク算出部14が個々の調達用電源の過去の制御達成確率33cをもとに、需給制御計画データ32に含まれる調達用電源の電源調達リスクデータ34を算出する。そして、需給制御計画修正部15は、電源調達リスク上限データ27が示す基準を満たす程度に、調達用電源を追加投入することで、需給制御計画データ32の評価値である電源調達リスク値34aを下げる。
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。

0051

なお、本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施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。

0052

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリや、ハードディスクSSD(Solid State Drive)などの記録装置、または、IC(IntegratedCircuit)カードSDカード、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に置くことができる。
また、制御線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。

0053

1電力需給制御装置(電力計画装置)
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

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