図面 (/)

技術 発電システム、制御装置および制御方法

出願人 株式会社日立パワーソリューションズ
発明者 岩永泰弥田中和英星平祐吾高橋雅也
出願日 2018年3月13日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2018-045866
公開日 2019年9月19日 (5ヶ月経過) 公開番号 2019-161863
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 気象観測機器 全天空 測候所 気象観測所 ブレード制御 ハイブリッド発電 容量上限 観測ポイント
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年9月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

発電電力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。

概要

背景

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。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
- 件
牽制数
- 件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

該当するデータがありません

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

第1エネルギー源により電力発電する第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電池容量と、商用電力系統に対する連系容量とから、予測すべき時刻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

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項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。

請求項8

前記発電電力制限手段は、風力発電における風車ブレードピッチ制御、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。

請求項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。

請求項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。

請求項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、を有することを特徴とする制御装置。

請求項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、予測すべき時刻の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。

請求項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。

技術分野

0001

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

背景技術

0002

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。

0003

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。

0004

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。

0005

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。

先行技術

0006

特許第6108510号公報

発明が解決しようとする課題

0007

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。

0008

特許文献1は、既設の太陽光発電設備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。

0009

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。

課題を解決するための手段

0010

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電池容量と、商用電力系統に対する連系容量とから、予測すべき時刻(例えば、図4の時刻t4、図7の時刻t0+T)の蓄電池の電池容量目標値を決定することを特徴とする。

0011

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。

0012

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。

発明の効果

0013

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。

図面の簡単な説明

0014

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t0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。

実施例

0015

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。

0016

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連系点29とした。

0017

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。

0018

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ブレードピッチ制御、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。

0019

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。

0020

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、直流電力交流電力に変換するインバータ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。

0021

(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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

(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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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t2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。

0037

そこで、時刻t2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。

0038

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。

0039

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。

0040

時刻t1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t4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t4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t4(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。

0041

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t0+T)までに、充電開始前後に予測される発電電力を案した目標値(蓄電池設備17への充電必要量)の例である。

0042

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t0(t0<t1)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t4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。

0043

図5の場合、図4で放電を開始した時刻t1よりも早い放電タイミングの時刻t0において放電を行うことで、時刻t4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。

0044

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t0における太陽光発電設備11の電力値PPV0および風力発電設備14の電力値PWF0を、電力計13、16より取得する(ステップS10)。

0045

放電仕様決定部24は、時刻t0における電池容量BAT0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BAT0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PPVfおよび風力発電設備14の電力予測値PWFfを算出する(ステップS13)。なお、電池容量BAT0の単位は、%であり、充電可能電力値PBATの単位は、kWである。

0046

放電仕様決定部24は、ステップS13から算出したPPVfとPWFfの合計発電電力値(PPVf+PWFf)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(PPVf+PWFf)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(PPVf+PWFf)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。

0047

ステップS15において、放電仕様決定部24は、超過発電電力((PPLf+PWFf)−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((PPVf+PWFf)−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((PPVf+PWFf)—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。

0048

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BAT0の量により放電レートを算出する。例えば、電池容量BAT0が多ければ放電レートを大きくし、電池容量BAT0が少なければ放電レートを小さくする。ここで、BAT0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。

0049

図7は、発電電力が連系容量を超過する場合、時刻t0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t0+Tにおける発電電力の予測合計発電電力値(PPVf+PWFf)が連系容量PLを超過する場合、時刻t0+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t0における電池容量が多い(例えば、50〜100%)とき、時刻t0+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t0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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

図8の時刻t1Xにおいて時刻t2x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t2xから時刻t3xまでの間に、時刻t1xから時刻t2xよりも激しい発電電力変動が予測される場合、時刻t1xから時刻t2x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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

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。

0058

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。

0059

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。

0060

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PPV0と風力発電電力値PWF0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。

0061

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。

0062

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。

0063

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。

0064

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。

0065

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。

0066

≪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、太陽光と河川水力の組み合わせや太陽光と海洋波力の組み合わせなどであってもよい。

0067

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。

0068

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
BAT0 電池容量
PBAT充電可能電力値
PL連系容量
PPV0太陽光発電電力値
PPVf 太陽光発電電力予測値
PWF0 風力発電電力値
PWFf 風力発電電力予測値

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

この 技術と関連性が強い技術

該当するデータがありません

この 技術と関連性が強い法人

該当するデータがありません

この 技術と関連性が強い人物

該当するデータがありません

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ