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技術 周波数制御装置および周波数制御方法

出願人 株式会社日立製作所
発明者 辻井佑樹山崎潤渡辺雅浩
出願日 2018年11月29日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2018-223432
公開日 2020年6月4日 (10ヶ月経過) 公開番号 2020-089175
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 周波数制御システム 事前シミュレーション 管理目標値 クラウドコンピュータ 調達コスト 負荷変動量 電源データ 運用結果
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図面 (10)

課題

電力系統負荷周波数制御における出力配分の柔軟性を向上させる。

解決手段

出力配分重み付けパラメータ作成部11は、調整力電源データベースDB4に格納されている市場価格出力変化速度と容量などを入力として、出力配分重み付けパラメータを作成し、負荷周波数制御シミュレーション部12は、LFCのシミュレーションを実施し、周波数変動コストと出力配分重み付けパラメータなどのシミュレーション結果を出力配分重み付けパラメータ選択部13に出力し、出力配分重み付けパラメータ選択部13は、LFCのシミュレーション結果を入力として、出力配分重み付けパラメータを選択し、AR計算部14は、周波数変動Δfと連系線潮流変動ΔPtを入力として、ARを計算し、出力配分部15は、出力配分重み付けパラメータと、ARを入力として、各調整力電源への出力指令値を計算する。

概要

背景

電力系統において負荷変動などにより需給アンバランスが発生すると、周波数変動が発生する。負荷周波数制御Load Frequency Control:以下、LFCと言う)では、数分〜20分程度の負荷変動(再生可能エネルギー(以下、再エネと言う)変動を含む)に対して、中央給電指令所負荷変動量を計算し、この負荷変動量に追従する発電量各発電機指令することで、系統周波数許容範囲に抑制する。この負荷変動量を地域要求量(Area Requirement:以下、ARと言う)と定義し、このARを満たすように発電機に対し出力指令することで、需給平衡を保つことができる。

出力指令は全ての発電機に出されるわけでなく、短周期で出力を変更できる発電機(以下、LFC対象発電機と言う)に対して出される。なお、通常の運用では、数分〜20分程度の負荷変動の調整力(以下、LFC調整力と言う)は、系統容量の1〜2%程度が確保される。連系された各電力系統では、主に以下の2つのLFC方式が採用される。

1つ目のLFC方式は、定周波数制御方式(Flat Frequency Control:以下、FFC方式と言う)である。FFC方式では、系統周波数偏差Δfを検出し、系統周波数偏差Δfを低減すべくLFC対象発電機に対して発電機出力指令を送ることで、周波数規定値に保つ。

2つ目のLFC方式は、周波数バイアス連系線潮流制御方式(Tie Line Bias Control、以下、TBC方式と言う)である。TBC方式では、系統周波数偏差Δfと連系線潮流偏差ΔPtを検出し、系統周波数偏差Δfと連系線潮流偏差ΔPtで定まる値を低減すべくLFC対象発電機に対して発電機出力指令を送ることで、自エリア内の周波数を規定値に保つ。TBC方式におけるARは以下の(1)式で算出される。(1)式においてKは系統定数である。なお、FFC方式では、TBC方式の(1)式から周波数偏差Δfを省略することでARが算出される。

AR=−K×Δf+ΔPt・・・(1)

(1)式で算出したARを変化速度ごとなどに火力発電機水力発電機分担させることで、需給バランスを取る。ここで、太陽光発電および風力発電などによる再エネが電力系統に大量に導入され、それに伴う需給アンバランスが大きくなると、周波数変動を防止できない恐れがある。

また、今後は調整力の取引を行う需給調整市場創設され、一般送配電事業者は、この需給調整市場において調整力を調達することになる。周波数の安定性を維持するためには、多様化する調整力の特徴を踏まえて、周波数を管理目標範囲内に維持しつつコストを低減する必要がある。

LFCに関し、特許文献1に開示された方式が知られている。特許文献1には、電力系統負荷周波数制御システムにおいて、ARを計算して各発電機G1〜Gnに配分すると記載されている。

概要

電力系統の負荷周波数制御における出力配分の柔軟性を向上させる。出力配分重み付けパラメータ作成部11は、調整力電源データベースDB4に格納されている市場価格出力変化速度と容量などを入力として、出力配分重み付けパラメータを作成し、負荷周波数制御シミュレーション部12は、LFCのシミュレーションを実施し、周波数変動とコストと出力配分重み付けパラメータなどのシミュレーション結果を出力配分重み付けパラメータ選択部13に出力し、出力配分重み付けパラメータ選択部13は、LFCのシミュレーション結果を入力として、出力配分重み付けパラメータを選択し、AR計算部14は、周波数変動Δfと連系線潮流変動ΔPtを入力として、ARを計算し、出力配分部15は、出力配分重み付けパラメータと、ARを入力として、各調整力電源への出力指令値を計算する。

目的

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、電力系統の負荷周波数制御における出力配分の柔軟性を向上させることが可能な周波数制御装置および周波数制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

電力出力配分を示す出力配分重み付けパラメータに基づいて、負荷周波数制御シミュレーションを実施するシミュレーション部と、前記負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを決定するパラメータ決定部と、前記負荷周波数制御に用いられる地域要求量を計算するAR計算部と、前記パラメータ決定部で決定された出力配分重み付けパラメータと、前記AR計算部で計算された地域要求量に基づいて、前記出力配分を決定する出力配分部とを備える周波数制御装置

請求項2

前記パラメータ決定部は、前記出力配分に応じた前記地域要求量を分担する調整力電源属性に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを作成するパラメータ作成部と、前記負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを選択するパラメータ選択部とを備える請求項1に記載の周波数制御装置。

請求項3

前記調整力電源は、発電機、蓄電池およびデマンドレスポンスの少なくともいずれか1つから選択される請求項2に記載の周波数制御装置。

請求項4

前記調整力電源の特性は、電力の市場価格出力変化速度および容量の少なくともいずれか1つから選択される請求項2に記載の周波数制御装置。

請求項5

前記AR計算部は、系統周波数偏差および連系線潮流偏差の少なくともいずれか1つに基づいて、前記地域要求量を計算する請求項2に記載の周波数制御装置。

請求項6

前記パラメータ選択部は、前記パラメータ作成部で作成された出力配分重み付けパラメータのうち、前記シミュレーション結果から得られる周波数管理目標範囲内かつコストが最小である出力配分重み付けパラメータを選択する請求項2に記載の周波数制御装置。

請求項7

前記シミュレーション部は、電力需要実績値または予測値と、再生可能エネルギー出力の実績値または予測値と、系統解析条件に基づいて、前記負荷周波数制御のシミュレーションを実施する請求項2に記載の周波数制御装置。

請求項8

前記電力需要の実績値または予測値を格納する需要データベースと、前記再生可能エネルギー出力の実績値または予測値を格納する再エネ出力データベースと、前記系統解析条件である発電機の並解列スケジュールおよび増分燃料費を格納する系統解析条件データベースと、前記調整力電源の属性である電力の市場価格、出力変化速度および容量を格納する調整力電源データベースとを備える請求項7に記載の周波数制御装置。

請求項9

前記パラメータ作成部で作成される出力配分重み付けパラメータを適正化するモデルを作成するモデル作成部をさらに備える請求項2に記載の周波数制御装置。

請求項10

前記モデル作成部は、電力需要の実績値または予測値と、再生可能エネルギー出力の実績値または予測値と、系統解析条件と、前記調整力電源の属性に基づいて、前記モデルを作成する請求項9に記載の周波数制御装置。

請求項11

前記シミュレーション部で得られたシミュレーション結果と、前記出力配分部で決定された出力配分に応じた前記地域要求量を前記調整力電源に分担させた時に得られた実績値を比較するシミュレーション結果比較部をさらに備える請求項2に記載の周波数制御装置。

請求項12

前記シミュレーション結果比較部は、前記シミュレーション結果に含まれる周波数変動およびコストと、前記実績値に含まれる周波数変動およびコストとの比較結果を出力する請求項11に記載の周波数制御装置。

請求項13

プロセッサにより実行される周波数制御方法であって、前記プロセッサは、電力の出力配分を示す出力配分重み付けパラメータに基づいて、負荷周波数制御のシミュレーションを実施し、前記負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを決定し、前記負荷周波数制御に用いられる地域要求量を計算し、前記出力配分重み付けパラメータと前記地域要求量に基づいて、前記出力配分を決定する周波数制御方法。

技術分野

0001

本発明は、電力系統に適用可能な周波数制御装置および周波数制御方法に関する。

背景技術

0002

電力系統において負荷変動などにより需給アンバランスが発生すると、周波数変動が発生する。負荷周波数制御Load Frequency Control:以下、LFCと言う)では、数分〜20分程度の負荷変動(再生可能エネルギー(以下、再エネと言う)変動を含む)に対して、中央給電指令所負荷変動量を計算し、この負荷変動量に追従する発電量各発電機指令することで、系統周波数許容範囲に抑制する。この負荷変動量を地域要求量(Area Requirement:以下、ARと言う)と定義し、このARを満たすように発電機に対し出力指令することで、需給平衡を保つことができる。

0003

出力指令は全ての発電機に出されるわけでなく、短周期で出力を変更できる発電機(以下、LFC対象発電機と言う)に対して出される。なお、通常の運用では、数分〜20分程度の負荷変動の調整力(以下、LFC調整力と言う)は、系統容量の1〜2%程度が確保される。連系された各電力系統では、主に以下の2つのLFC方式が採用される。

0004

1つ目のLFC方式は、定周波数制御方式(Flat Frequency Control:以下、FFC方式と言う)である。FFC方式では、系統周波数偏差Δfを検出し、系統周波数偏差Δfを低減すべくLFC対象発電機に対して発電機出力指令を送ることで、周波数規定値に保つ。

0005

2つ目のLFC方式は、周波数バイアス連系線潮流制御方式(Tie Line Bias Control、以下、TBC方式と言う)である。TBC方式では、系統周波数偏差Δfと連系線潮流偏差ΔPtを検出し、系統周波数偏差Δfと連系線潮流偏差ΔPtで定まる値を低減すべくLFC対象発電機に対して発電機出力指令を送ることで、自エリア内の周波数を規定値に保つ。TBC方式におけるARは以下の(1)式で算出される。(1)式においてKは系統定数である。なお、FFC方式では、TBC方式の(1)式から周波数偏差Δfを省略することでARが算出される。

0006

AR=−K×Δf+ΔPt・・・(1)

0007

(1)式で算出したARを変化速度ごとなどに火力発電機水力発電機分担させることで、需給バランスを取る。ここで、太陽光発電および風力発電などによる再エネが電力系統に大量に導入され、それに伴う需給アンバランスが大きくなると、周波数変動を防止できない恐れがある。

0008

また、今後は調整力の取引を行う需給調整市場創設され、一般送配電事業者は、この需給調整市場において調整力を調達することになる。周波数の安定性を維持するためには、多様化する調整力の特徴を踏まえて、周波数を管理目標範囲内に維持しつつコストを低減する必要がある。

0009

LFCに関し、特許文献1に開示された方式が知られている。特許文献1には、電力系統負荷周波数制御システムにおいて、ARを計算して各発電機G1〜Gnに配分すると記載されている。

先行技術

0010

特開2002−209336号公報

発明が解決しようとする課題

0011

しかしながら、特許文献1の電力系統負荷周波数制御方法では、多様化する調整力の特徴を踏まえて管理目標範囲内に周波数を維持しつつコストを低減できない可能性がある。

0012

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、電力系統の負荷周波数制御における出力配分の柔軟性を向上させることが可能な周波数制御装置および周波数制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

上記目的を達成するため、第1の観点に係る周波数制御装置は、電力の出力配分を示す出力配分重み付けパラメータに基づいて、負荷周波数制御のシミュレーションを実施するシミュレーション部と、前記負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを決定するパラメータ決定部と、前記負荷周波数制御に用いられる地域要求量を計算するAR計算部と、前記パラメータ決定部で決定された出力配分重み付けパラメータと、前記AR計算部で計算された地域要求量に基づいて、前記出力配分を決定する出力配分部とを備える。

発明の効果

0014

本発明によれば、電力系統の負荷周波数制御における出力配分の柔軟性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0015

図1は、第1実施形態に係る電力系統に接続された周波数制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
図2は、第1実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図3は、図2の周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。
図4は、図3の出力配分重み付けパラメータ作成処理を示すフローチャートである。
図5は、図4の出力配分重み付けパラメータ作成処理で用いられる調整用パラメータの一例を示す図である。
図6は、第2実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図7は、図6最適モデル作成部で作成される最適モデルを説明する図である。
図8は、第3実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図9は、図8のシミュレーション結果比較部による比較結果の一例を示す図である。

実施例

0016

実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている諸要素およびその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

0017

図1は、第1実施形態に係る電力系統に接続された周波数制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
図1において、周波数制御装置10Aは、例えば、計算機システムで構成される。このとき、周波数制御装置10Aは、出力部21、入力部22、通信部23、プロセッサ24、メモリ25および記憶装置26を備えることができる。表示部21、入力部22、通信部23、プロセッサ24、メモリ25および記憶装置26は、バス27を介して接続されている。

0018

表示部21は、周波数制御装置10A内で扱われるパラメータおよび周波数制御装置10A内での処理結果などを表示する。表示部21は、ディスプレイ装置であってもよいし、ディスプレイ装置とともにプリンタ装置または音声出力装置などを用いてもよい。

0019

入力部22は、周波数制御装置10Aを動作させるための各種条件などを入力する。入力部22は、キーボードおよびマウスなどを使用できる他、タッチパネルまたは音声指示装置などの少なくともいずれか一つを備えるようにしてもよい。

0020

通信部23は、通信ネットワーク300に接続するための回路および通信プロトコルを備える。通信ネットワーク300は、インターネットなどのWAN(Wide Area Network)であってもよいし、WiFiなどのLAN(Local Area Network)であってもよいし、WANとLANが混在していてもよい。

0021

プロセッサ24は、コンピュータプログラムを実行し、記憶装置26に記憶されている各種データベース内のデータの検索、処理結果の表示指示、電力系統20の負荷周波数制御に関する処理などを行う。プロセッサ24は、CPU(Central Processing Unit)であってもよいし、GPU(Graphics Processing Unit)であってもよい。プロセッサ24は、シングルコアロセッサであってもよいし、マルチコアロセッサであってもよい。プロセッサ24は、処理の一部または全部を行うハードウェア回路(例えばFPGA(Field−Programmable Gate Array)またはASIC(Application Specific IntegratedCircuit))を備えていてもよい。プロセッサ24は、ニューラルネットワークを備えていてもよい。プロセッサ24は、1つまたは複数の半導体チップとして構成してもよいし、計算サーバのようなコンピュータ装置として構成してもよい。

0022

メモリ25は、例えば、RAM(Random Access Memory)として構成され、コンピュータプログラムおよび計算結果データを記憶したり、各処理に必要なワークエリアをプロセッサ24に提供したりする。

0023

記憶装置26は、大容量の記憶容量を有する記憶デバイスであり、例えば、ハードディスク装置SSD(Solid State Drive)である。記憶装置26は、各種プログラム実行ファイルやプログラムの実行に用いられるデータを保持することができる。記憶装置26は、需要データベースDB1、再エネ出力データベースDB2、系統解析条件データベースDB3、調整力電源データベースDB4、シミュレーション結果データベースDB5および出力指令値データベースDB6を保持することができる。また、記憶装置26は、周波数制御プログラムを保持することができる。周波数制御プログラムは、周波数制御装置10Aにインストール可能なソフトウェアであってもよいし、周波数制御装置10Aにファームウェアとして組み込まれていてもよい。

0024

需要データベースDB1は、電力需要実績値または予測値を格納する。再エネ出力データベースDB2は、再エネ出力の実績値または予測値を格納する。系統解析条件データベースDB3は、統解析条件である発電機の並解列スケジュールおよび増分燃料費を格納する。調整力電源データベースDB4は、調整力電源属性である電力の市場価格出力変化速度および容量を格納する。シミュレーション結果データベースDB5は、周波数変動とコストと出力配分重み付けパラメータなどの負荷周波数制御のシミュレーション結果を格納する。ここで言うコストは、調整力電源の燃料コストの他、調達コストを含んでいてもよい。出力指令値データベースDB6は、各調整力電源への出力指令値を格納する。本明細書では、負荷周波数制御における出力配分の分配先を調整力電源と言う。調整力電源は、発電機、蓄電池およびデマンドレスポンスの少なくともいずれか1つから選択することができる。

0025

周波数制御装置10Aは、通信ネットワーク300を介して、電力系統20の計測情報などにアクセスすることができる。電力系統20は、複数の発電機23A〜23Dおよび負荷25A、25B、25D〜25Fが、母線ノード)21A〜21F、変圧器22A〜22Dおよび送電線路ブランチ)24A〜24Eなどを介して相互に連系されたシステムである。ここで言う発電機23A〜23Dは、例えば、火力発電機、水力発電機または原子力発電機である。ノード21A〜21Fには、電力系統20の保護、制御および監視のための各種の計測器が設置されている。また、各ノード21A〜21Dには、蓄電池26A〜26Dおよび再エネ発電機27A〜27Dが接続されている。再エネ発電機27A〜27Dは、例えば、太陽光発電機太陽熱発電機または風力発電機である。

0026

周波数制御装置10Aは、必要に応じて、計測器で検知した信号などに、通信ネットワーク300を介してアクセスし、系統周波数偏差Δfおよび連系線潮流偏差ΔPtを取得することができる。

0027

プロセッサ24が周波数制御プログラムをメモリ25に読み出し、周波数制御プログラムを実行することにより、電力の出力配分を示す出力配分重み付けパラメータに基づいて、LFCのシミュレーションを実施し、LFCのシミュレーション結果に基づいて、出力配分重み付けパラメータを決定し、LFCに用いられるARを計算し、出力配分重み付けパラメータとARに基づいて、調整力電源への出力配分を決定することができる。出力配分は、発電機23A〜23D、蓄電池26A〜26Dおよびデマンドレスポンスに割り当てることができる。

0028

ARの計算には、FFC方式を用いてもよいし、TBC方式を用いてもよい。TBC方式では、(1)式からARを計算することができる。FFC方式では、TBC方式の(1)式から周波数偏差Δfを省略することでARを計算することができる。なお、系統周波数偏差Δfおよび連系線潮流偏差ΔPtのうち、系統周波数偏差Δfのみを用いてARを計算するようにしてもよい。

0029

出力配分重み付けパラメータの決定では、プロセッサ24は、調整力電源の属性に基づいて出力配分重み付けパラメータを作成し、負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて出力配分重み付けパラメータを選択することができる。

0030

出力配分重み付けパラメータの選択では、プロセッサ24は、作成した複数の出力配分重み付けパラメータのうち、LFCのシミュレーション結果から得られる周波数が管理目標範囲内かつコストが最小である出力配分重み付けパラメータを選択することができる。

0031

これにより、調整力電源の出力配分を変化させた時に電力系統20の周波数変動およびコストがどのように変化するかをLFCのシミュレーションにて予測し、そのシミュレーション結果に基づいて調整力電源の実際の出力配分を決定することができる。このLFCのシミュレーションでは、再エネ出力、電力需要、発電機の増分燃料費および調整力電源の市場価格などを参照することができる。このため、再エネ出力や需給調整市場における調整力の取引が増大した場合においても、電力系統20の周波数の安定性を維持しつつコストを低減可能な出力配分を決定することができる。

0032

なお、周波数制御プログラムの実行は、複数のプロセッサやコンピュータに分担させてもよい。あるいは、プロセッサ24は、通信ネットワーク300を介してクラウドコンピュータなどに周波数制御プログラムの全部または一部の実行を指示し、その実行結果を受け取るようにしてもよい。

0033

また、図1では、周波数制御装置10Aが、需要データベースDB1、再エネ出力データベースDB2、系統解析条件データベースDB3、調整力電源データベースDB4、シミュレーション結果データベースDB5および出力指令値データベースDB6を保持する例を示したが、需要データベースDB1、再エネ出力データベースDB2、系統解析条件データベースDB3、調整力電源データベースDB4、シミュレーション結果データベースDB5および出力指令値データベースDB6の少なくともいずれか1つをクラウドサーバに保持させるようにしてもよい。

0034

図2は、第1実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図2において、周波数制御装置10Aは、需要データベースDB1、再エネ出力データベースDB2、系統解析条件データベースDB3、調整力電源データベースDB4、シミュレーション結果データベースDB5、出力指令値データベースDB6、出力配分重み付けパラメータ作成部11、負荷周波数制御シミュレーション部12、出力配分重み付けパラメータ選択部13、AR計算部14および出力配分部15を備える。

0035

出力配分重み付けパラメータ作成部11は、調整力電源データベースDB4に格納されている市場価格と出力変化速度と容量などを入力として、出力配分重み付けパラメータを作成し、負荷周波数制御シミュレーション部12に出力する。

0036

負荷周波数制御シミュレーション部12は、LFCのシミュレーションを実施し、周波数変動とコストと出力配分重み付けパラメータなどのシミュレーション結果を出力配分重み付けパラメータ選択部13および出力指令値データベースDB6に出力する。LFCのシミュレーションでは、電力系統20の数分〜20分程度の負荷変動に対して負荷変動量を計算し、この負荷変動量に追従させる調整力の出力配分を予測する。LFCのシミュレーションでは、負荷周波数制御シミュレーション部12は、需要データベースDB1に格納されている電力需要と、再エネ出力データベースDB2に格納されている再エネ出力と、系統解析条件データベースDB3に格納されている発電機の発電機の並解列スケジュールと増分燃料費と、出力配分重み付けパラメータを入力として用いる。なお、電力需要と再エネ出力は、過去データから得られた実績値を用いるようにしてもよいし、予測値を用いるようにしてもよい。

0037

出力配分重み付けパラメータ選択部13は、LFCのシミュレーション結果を入力として、出力配分重み付けパラメータ作成部11で作成された出力配分重み付けパラメータの中から、周波数を管理目標範囲内に維持しつつコストを低減可能な出力配分重み付けパラメータを選択し、出力配分部15に出力する。

0038

AR計算部14は、周波数変動Δfおよび連系線潮流変動ΔPtを入力として、ARを計算し、出力配分部15に出力する。ARの計算には、AR計算部14は、(1)式を用いることができる。なお、ARの計算では、系統周波数偏差Δfおよび連系線潮流偏差ΔPtのうち、両方を用いるようにしてもよいし、どちらか一方を用いるようにしてもよい。

0039

出力配分部15は、出力配分重み付けパラメータ選択部13で選択された出力配分重み付けパラメータと、AR計算部14で計算されたARを入力として、各調整力電源への出力指令値を計算し、出力指令値を出力する。また、出力配分部15は、各調整力電源への出力指令値を出力指令値データベースDB6に格納する。

0040

図3は、図2の周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。
図3において、ステップS1では、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、図2の調整力電源データベースDB4を参照し、各調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などを用いて出力配分重み付けパラメータを作成する。このとき、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、出力配分重み付けパラメータを調整力電源ごとに変化させた複数のパターンを作成することができる。出力配分重み付けパラメータは、調整力電源ごとにランダムに変化させてもよいし、一部の調整力電源については出力配分重み付けパラメータを固定し、残りの調整力電源について出力配分重み付けパラメータを変化させるようにしてもよい。そして、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、出力配分重み付けパラメータとともに調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などの情報を調整用パラメータとして負荷周波数制御シミュレーション部12に出力する。

0041

ここで、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、電力系統20の負荷周波数制御を実際に実施する必要がある時刻までに、負荷周波数制御シミュレーション部12におけるシミュレーションが完了するように、出力配分重み付けパラメータを調整力電源ごとに変化させたパターンの数を設定する。例えば、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、電力系統20の負荷周波数制御が実際に実施される周期ごとに、出力配分重み付けパラメータを調整力電源ごとに変化させたパターンを数十個から数百個作成することができる。

0042

ステップS2では、負荷周波数制御シミュレーション部12は、図2の需要データベースDB1、再エネ出力データベースDB2および系統解析条件データベースDB3を参照し、電力需要と再エネ出力と系統解析条件と出力配分重み付けパラメータを用いてLFCのシミュレーションを実施する。電力需要と再エネ出力については、リアルタイム情報を可能な限り模擬するために、直近の過去データを用いてもよいし、過去データを基に予測したデータを用いてもよい。出力配分重み付けパラメータについては、ステップS1で決定した全てのパラメータ(調整用パラメータ1、2、・・・)においてシミュレーションを実施する。なお、LFCのシミュレーションにおける実施間隔や実施時間は、適宜決めることができる。

0043

ステップS3では、出力配分重み付けパラメータ選択部13は、LFCのシミュレーション結果より、全てのパラメータの中から出力配分重み付けパラメータを選択する。例えば、出力配分重み付けパラメータ選択部13は、周波数が管理目標範囲内かつコストが最小となる出力配分重み付けパラメータを選択する。

0044

ステップS4では、AR計算部14は、例えば、TBC方式における系統周波数偏差Δfと連系線潮流偏差ΔPtを用いてARを計算する。

0045

ステップS5では、出力配分部15は、出力配分重み付けパラメータを基にARを配分し、各調整力電源への出力指令値を決定する。

0046

図4は、図3の出力配分重み付けパラメータ作成処理を示すフローチャートである。
図4において、ステップS1Aでは、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、各調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などのデータを取り込む。

0047

ステップS1Bでは、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、調整用パラメータの項目を決定する。調整用パラメータの項目は、各調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などである。調整用パラメータの項目は、手動で決定してもよく、何らかの手法によって自動で決定してもよい。

0048

ステップS1Cでは、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、調整用パラメータの刻みを決定する。調整用パラメータの刻みは、ARを分担する調整力電源に割り当てられる出力配分の最小単位を示すことができる。調整用パラメータの刻みは、手動で決定してもよく、何らかの手法によって自動で決定してもよい。

0049

図5は、図4の出力配分重み付けパラメータ作成処理で用いられる調整用パラメータの一例を示す図である。なお、図5では、調整用パラメータの項目として、各調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量が設定され、調整用パラメータの刻みが、出力配分重み付けパラメータの10%に設定されている例を示した。

0050

図5において、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、調整力電源として、電源A、B、デマンドレスポンスDRAおよび蓄電池DA、DBを選択したものとする。このとき、調整用パラメータ1では、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、電源A、B、デマンドレスポンスDRAおよび蓄電池DA、DBのそれぞれに対して、例えば、出力配分重み付けパラメータを60%、10%、10%、10%および10%に設定することができる。ここで、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、調整用パラメータ1について、出力配分重み付けパラメータの合計が100%になるようにして、10%刻みで出力配分を設定する。

0051

また、調整用パラメータ2では、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、電源A、B、デマンドレスポンスDRAおよび蓄電池DA、DBのそれぞれに対して、例えば、出力配分重み付けパラメータを50%、20%、10%、10%および10%に設定することができる。ここで、出力配分重み付けパラメータ作成部11は、調整用パラメータ2について、出力配分重み付けパラメータの合計が100%になるようにして、10%刻みで出力配分を設定する。

0052

出力配分重み付けパラメータ作成部11にて設定された出力配分重み付けパラメータは、負荷周波数制御シミュレーション部12に入力される。負荷周波数制御シミュレーション部12は、電力需要と再エネ出力と系統解析条件と出力配分重み付けパラメータを用いてLFCのシミュレーションを実施することにより、電力系統20の周波数変動およびコストを出力する。

0053

出力配分重み付けパラメータ選択部13は、負荷周波数制御シミュレーション部12から出力された周波数変動およびコストに基づいて、電源A、B、デマンドレスポンスDRAおよび蓄電池DA、DBのそれぞれについての出力配分重み付けパラメータを選択することができる。

0054

図1の表示部21は、出力配分重み付けパラメータ作成部11で作成された調整用パラメータ1、2、・・・および負荷周波数制御シミュレーション部12で計算された周波数変動およびコストを表示することができる。このとき、ユーザは、表示部21に表示された周波数変動およびコストを参照し、出力配分重み付けパラメータを選択するようにしてもよい。

0055

以上説明したように、上述した第1実施形態によれば、調整力電源のデータを基に作成した出力配分重み付けパラメータを入力とした事前シミュレーションにより、周波数が管理目標範囲内かつコストが最小の出力配分重み付けパラメータを決定することができ、管理目標範囲内に周波数を維持しつつコストを低減することができる。

0056

図6は、第2実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図6において、周波数制御装置10Bは、図2の周波数制御装置10Aの構成に加え、最適モデル作成部16を備える。最適モデル作成部16は、出力配分重み付けパラメータ作成部11で作成される出力配分重み付けパラメータを最適化する最適モデルを作成し、その最適モデルで最適化された出力配分重み付けパラメータを出力配分重み付けパラメータ作成部11に出力する。最適モデルの作成では、最適モデル作成部16は、需要データベースDB1に格納されている電力需要と、再エネ出力データベースDB2に格納されている再エネ出力と、系統解析条件データベースDB3に格納されている発電機の並解列スケジュールと増分燃料費と、調整力電源データベースDB4に格納されている調整力電源の市場価格と出力変化速度と容量を入力として用いる。

0057

最適モデル作成部16は、電力需要と、再エネ出力と、発電機の並解列スケジュールおよび増分燃料費と、調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などの過去のデータを機械学習し、調整力電源の出力配分重み付けパラメータの最適範囲または最適値を決定することができる。あるいは、最適モデル作成部16は、重回帰分析などに基づいて最適モデルを作成するようにしてもよい。

0058

例えば、図5の電源Aの出力配分重み付けパラメータが60%であるときが、電源Aの出力配分重み付けパラメータの最適値であるものとする。このとき、負荷周波数制御シミュレーション部12は、電源Aの出力配分重み付けパラメータを60%に固定して、LFCのシミュレーションを実施することができる。このため、負荷周波数制御シミュレーション部12は、電源Aの出力配分重み付けパラメータが50%である調整用パラメータ2については、LFCのシミュレーションを実施する必要がなくなり、シミュレーション時間を短縮することができる。

0059

以上説明したように、上述した第2実施形態によれば、管理目標範囲内に周波数を維持しつつコストを低減できる可能性がある出力配分重み付けパラメータの付近重点的に事前シミュレーションすることができる。このため、管理目標範囲内に周波数を維持しつつコストを低減することが可能となるとともに、シミュレーション時間を削減することができる。

0060

図7は、図6の最適モデル作成部で作成される最適モデルを説明する図である。
図7において、最適モデル作成部16は、LFCのシミュレーション結果または実システム運用結果における各調整力電源の出力配分重み付けパラメータ、電力需要、再エネ出力、系統解析条件、周波数変動およびコストを入力として、最適モデルを作成する。最適モデル作成部16は、LFCのシミュレーションの実施のための出力配分重み付けパラメータ候補を作成する場合、作成した最適モデルを参照する。そして、最適モデル作成部16は、周波数を管理目標範囲内に維持しつつコストを低減できる可能性がある出力配分重み付けパラメータ付近を重点的にパラメータ候補として選択する。

0061

例えば、最適モデル作成部16は、重回帰分析に基づいて、電源Aおよび蓄電池DBのそれぞれの出力配分重み付けパラメータと周波数変動の関係を示す最適モデル31を作成したものとする。このとき、周波数変動の管理目標値がMであるもとすると、最適モデル作成部16は、周波数変動が管理目標値M以内の出力配分重み付けパラメータの範囲32からパラメータ候補を選択し、電源Aおよび蓄電池DBについては、そのパラメータ候補を用いるように出力配分重み付けパラメータ作成部11に指示することができる。

0062

図8は、第3実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図8において、周波数制御装置10Cは、図2の周波数制御装置10Aの構成に加え、シミュレーション結果比較部17およびシミュレーション比較結果データベースDB7を備える。

0063

シミュレーション結果比較部17は、負荷周波数制御シミュレーション部12で得られたシミュレーション結果と、出力配分部15で決定された出力配分に応じたARを調整力電源に分担させた時に得られた実績値を比較する。例えば、シミュレーション結果比較部17は、LFCのシミュレーション結果から得られた周波数変動およびコストを、実システムにおける周波数変動およびコストと比較することができる。ここで言う実システムは、図1の電力系統20である。このとき、シミュレーション結果比較部17には、負荷周波数制御シミュレーション部12で得られたシミュレーション結果と、実システムにおける系統周波数偏差ΔfおよびコストCTが入力される。実システムにおける周波数変動として、系統周波数偏差Δfを用いることができる。シミュレーション比較結果データベースDB7は、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストなどの比較結果を格納する。図1の表示部21は、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストなどの比較結果を表示することができる。

0064

以上説明したように、上述した第3実施形態によれば、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストの結果を比較し、その比較結果を確認できるようにすることで、周波数制御装置10Cの出力配分重み付けパラメータの予測精度を把握することができる。

0065

図9は、図8のシミュレーション結果比較部による比較結果の一例を示す図である。なお、図9では、出力配分重み付けパラメータが30分ごとに決定される例を示した。
図9において、シミュレーション結果比較部17は、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動(最大周波数変動など)とコスト(調整力の価格)をそれぞれ比較し、両者の周波数変動とコストの差分を比較結果として出力する。

0066

ここで、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストの差分が発生した場合、シミュレーションに用いた電力需要または再エネ出力が、実システムから得られた電力需要または再エネ出力に一致していないことが想定される。このため、シミュレーションに用いる電力需要および再エネ出力のリアルタイム性または予測精度を向上させることで、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストの差分を減少させることができる。

0067

DB1需要データベース、DB2 再エネ出力データベース、DB3系統解析条件データベース、DB4調整力電源データベース、DB5シミュレーション結果データベース、DB6出力指令値データベース、DB7シミュレーション比較結果データベース、1電力系統、10A〜10C周波数制御装置、11出力配分重み付けパラメータ作成部、12周波数制御シミュレーション部、13 出力配分重み付けパラメータ選択部、14 AR計算部、15 出力配分部、16最適モデル作成部、17 シミュレーション結果比較部、21 表示部、22 入力部、23通信部、24 CPU、25メモリ、26記憶装置、27バス、110ノード、120変圧器、130発電機、140送電線路、150負荷、300 通信ネットワーク

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