JP2009177941A - 蓄電設備決定方法および蓄電設備決定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】マイクログリッドが備える蓄電設備について最適な規模の蓄電設備を決定することができる。
【解決手段】制御部１０１は、出力応答特性に基づいて、負荷電力のうち、複数の電源設備が追従運転することが可能な周波数領域を特定する。また、制御部１０１は、負荷電力の時間ごとの変動を示す情報である電力変動プロファイルを周波数成分に分解する。また、制御部１０１は、周波数領域と、周波数成分とに基づいて、蓄電設備が出力する電力の時間ごとの出力変動を示す情報である蓄電設備電力変動プロファイルを算出する。また、制御部１０１は、蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、蓄電設備の容量を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクログリッドが備える蓄電装置を決定する蓄電設備決定方法および蓄電設備決定プログラムに関する。

電力全面自由化後の社会動向として、分散型電源（天然ガスコージェネレーションや燃料電池）がエネルギー供給設備として建物内に進出してくる可能性が高い。これら分散型電源や太陽光発電等に代表される新エネルギーをいかに商用系統（電力会社の電力網）に負担をかけることなく接続するかが課題となっている。その対策として、分散型電源の付加追従運転によって商用系統への負担を軽減したマイクログリッドへの取り組みが活発化している。

マイクログリッドの思想を取り込んだ分散型電源によるエネルギー供給システム（以下、単に「マイクログリッド」と記述する）は、通常時は系統連系による負荷追従運転（買電量が一定となるように発電量を制御する運転）を行うことを求められ、停電時などの非常時は自立運転により自立範囲内に安定した品質の電力の供給を行うことを求められている。

マイクログリッドを構築する際、いかに時々刻々変動する電力の供給バランスを取るかが最重要課題となる。電力供給を変動させる要素としては、負荷変動や、風力発電・太陽光発電のような新エネルギーの発電量変動（以下、両方の変動をあわせて「電力変動」と記述する）などが挙げられる。

電力変動量は、負荷や新エネルギーの発電の状態によって、非常に急激な変動から比較的緩やかな変動まで様々な周波数成分を含んでいる。これらの電力変動に対して、様々な負荷追従特性を有する分散型電源を組み合わせることによりすべての周波数成分の変動を抑制することが可能となる。具体的には、高い周波数成分の変動（非常に急激な変動）に対しては蓄電池や電力貯蔵設備のような蓄電設備、低い周波数成分の変動（比較的緩やかな変動）に対してはガスエンジンのような発電設備が対応することによって電力変動の抑制が可能となる。

また、建物における電力需要を商用系統の受変電設備と分散型電源の連係によって負荷追従運転を実現するシステム（例えば、特許文献１参照）や、当初の運用計画から大幅に異なる場合に蓄電設備を活用することにより安定した系統運用を実現する方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。
特開２００５−１６０２８６号公報 特開２００７−２１５２９０号公報

マイクログリッドの蓄電設備や発電設備を実際に設置するためには、発電設備の出力および蓄電設備のインバータ最大出力や容量の決定が必要となる。ここで、連系運転時は系統側の電力品質に依存することが可能であるため、自立運転時の電力品質確保を目的として発電・蓄電設備の仕様を決定すればよい。発電設備の出力については自立運転時の最大電力需要量から決定することが可能である。しかしながら、現状では、蓄電設備についてはインバータ最大出力や容量の決定方法が確立されておらず、蓄電設備決定担当者の経験や勘に頼っている。そのため、最適な規模の蓄電設備を決定することができず、決定した蓄電設備が過剰設備となるという問題があった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、マイクログリッドが備える蓄電設備について、最適な規模の蓄電設備を決定することが可能な蓄電設備決定方法および蓄電設備決定プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、複数の電源設備を備えたマイクログリッドが備える蓄電設備の容量を決定する方法であって、前記複数の電源設備の出力が出力指示に追従する特性を示す情報である出力応答特性に基づいて、負荷電力のうち、前記複数の電源設備が追従運転することが可能な周波数領域を特定する追従運転可能領域特定ステップと、前記負荷電力の時間ごとの変動を示す情報である電力変動プロファイルを前記周波数成分に分解する周波数成分分解ステップと、前記追従運転可能領域特定ステップで特定した前記周波数領域と、前記周波数成分分解ステップで分解した前記電力変動プロファイルの前記周波数成分とに基づいて、蓄電設備が補償する電力の時間ごとの出力変動を示す情報である蓄電設備電力変動プロファイルを算出する蓄電設備電力変動プロファイル算出ステップと、前記蓄電設備電力変動プロファイル算出ステップで算出した前記蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、前記蓄電設備の容量を決定する蓄電設備容量決定ステップと、を含むことを特徴とする蓄電設備決定方法である。

また、本発明は、前記蓄電設備電力変動プロファイル算出ステップで算出した前記蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、前記蓄電設備の最大出力を決定する蓄電設備最大出力決定ステップを含むことを特徴とする蓄電設備決定方法である。

また、本発明は、複数の電源設備を備えたマイクログリッドが備える蓄電設備の容量を決定するコンピュータによって実行されるプログラムであって、コンピュータを、前記複数の電源設備の出力が出力指示に追従する特性を示す情報である出力応答特性に基づいて、負荷電力のうち、前記複数の電源設備が追従運転することが可能な周波数領域を特定する追従運転可能領域特定手段と、前記負荷電力の時間ごとの変動を示す情報である電力変動プロファイルを前記周波数成分に分解する周波数成分分解手段と、前記追従運転可能領域特定手段で特定した前記周波数領域と、前記周波数成分分解手段で分解した前記電力変動プロファイルの前記周波数成分とに基づいて、蓄電設備が補償する電力の時間ごとの出力変動を示す情報である蓄電設備電力変動プロファイルを算出する蓄電設備電力変動プロファイル算出手段と、前記蓄電設備電力変動プロファイル算出手段で算出した前記蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、前記蓄電設備の容量を決定する蓄電設備容量決定手段と、として機能させるための蓄電設備決定プログラムである。

また、本発明は、コンピュータを、前記蓄電設備電力変動プロファイル算出手段で算出した前記蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、前記蓄電設備の最大出力を決定する蓄電設備最大出力決定手段として機能させるための蓄電設備決定プログラムである。

この発明によれば、マイクログリッドが備える蓄電設備について最適な規模の蓄電設備を決定することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態による蓄電設備決定方法を実現する蓄電設備決定装置の構成を示した図である。図示する例では、蓄電設備決定装置は制御部１０１と、記憶部１０２とを備える。制御部１０１は蓄電設備決定装置の制御を行う。記憶部１０２は蓄電設備決定装置が使用する情報を記憶する。

制御部１０１は、例えばＣＰＵ（中央処理装置、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。記憶部１０２はＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置である。

次に、図２を参照して、本実施形態での蓄電設備の決定方法を説明する。図２は、本実施形態での蓄電設備の決定方法の手順を示したフローチャートである。

（ステップＳ２０１）蓄電設備決定装置の制御部１０１は、マイクログリッド構築予定箇所において、時間毎に変動する電力値を表した電力変動プロファイルを取得し、記憶部１０２に記憶させる。その後、ステップＳ２０２に進む。

なお、この電力の変動は、負荷（電力消費量）や太陽光発電・風力発電等の新エネルギーの発電量変動により及ぼされる。例えば、負荷が大きくなるとマイクログリッドが発電する発電量は大きくなり、負荷が小さくなるとマイクログリッドが発電する発電量は小さくなる。また、新エネルギーの発電量が大きくなると、マイクログリッドが発電する発電量は小さくなり、新エネルギーの発電量が小さくなると、マイクログリッドが発電する発電量は大きくなる。

また、例えば、電力変動プロファイルは、マイクログリッド構築予定箇所の施設および受電点予定箇所に電力計測器を設置して測定することができる。この測定結果を蓄電設備決定装置に入力することで、蓄電設備決定装置の制御部１０１は、電力変動プロファイルを記憶部１０２に記憶させる。

図３は、本実施形態における電力変動プロファイルの一例を示した図である。図示する例では、電力変動プロファイルはグラフで表されており、横軸は時刻であり、縦軸は電力値（ｋＷ）である。各時刻における電力値は図示する通りである。

（ステップＳ２０２）蓄電設備決定装置の制御部１０１は、マイクログリッドに含まれる各発電設備の応答特性および補償可能周波数領域を取得し、記憶部１０２に記憶させる。その後、ステップＳ２０３に進む。発電設備の応答特性は、発電設備に対する電力の正弦波指令値を正弦波状に変化させた場合の応答特性である。また、補償可能周波数領域は、正弦波指令値に基づいて発電設備が電力の出力を行うことができる（補償することができる）周波数の領域である。

例えば、発電設備に対して、電力の出力指令値である正弦波指令値の周波数を大きくしていき、指令に対して出力がついていけなくなる周波数を特定する。この特定した周波数を蓄電設備決定装置に入力することで、蓄電設備決定装置の制御部１０１は、発電設備の補償可能周波数領域を記憶部１０２に記憶させる。

図４は、本実施形態における発電設備の応答特性の一例を示した図である。図示する例は、正弦波指令値の周波数を０．０１２５Ｈｚとした例である。発電設備の応答特性はグラフで表されており、横軸は時間であり、縦軸は電力値（ｋＷ）である。曲線４０１は発電設備に対する電力の正弦波指令値（Ｐｒｅｆ）である。また、曲線４０２は発電設備の電力の出力値（Ｐｏｕｔ）である。図４に示した例では、曲線４０１と曲線４０２とはほぼ一致しているため、正弦波指令値の周波数を０．０１２５Ｈｚとした場合において、発電設備は電力の正弦波指令値に対して応答することができていることがわかる。

図５は、本実施形態における発電設備の応答特性の一例を示した図である。図示する例は、正弦波指令値の周波数を０．０２５Ｈｚとした例である。発電設備の応答特性はグラフで表されており、横軸は時間であり、縦軸は電力値（ｋＷ）である。曲線５０１は発電設備に対する電力の正弦波指令値（Ｐｒｅｆ）である。また、曲線５０２は発電設備の電力の出力値（Ｐｏｕｔ）である。図５に示した例では図４に示した例と比較して、曲線５０１と曲線５０２との位相差は大きくなっており、曲線４０１と曲線５０２との振幅の差も大きくなっている。よって、正弦波指令値の周波数を０．０２５Ｈｚとした場合において、発電設備は電力の正弦波指令値に対して追従することができていないことがわかる。

図４、図５で示したように、正弦波指令値の周波数を大きくしていくと、正弦波指令値と、発電設備の出力値との振幅および位相の差が大きくなる。すなわち、発電設備は電力の正弦波指令値に対して追従することができなくなる。

図６は、本実施形態における発電設備の周波数応答特性を示した図である。図示する例では、発電設備の周波数応答特性はグラフで表されており、横軸は正弦波指令値の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は、正弦波指令値の振幅と発電設備の出力の振幅との比（ｄＢ）である。正弦波指令値の振幅と発電設備の出力値の振幅との比が予め決定した閾値より大きい周波数領域を、発電設備が追従可能な周波数領域と決定する。本実施形態では、発電設備が追従可能な周波数領域は０．０１Ｈｚ未満の周波数領域となる。

図７は、本実施形態における発電設備の周波数応答特性を示した図である。図示する例では、発電設備の周波数応答特性はグラフで表されており、横軸は正弦波指令値の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は、正弦波指令値の位相と発電設備の出力の位相との差（ｄｅｇ．）である。正弦波指令値の位相と発電設備の出力値の位相との差が予め決定した閾値より大きい位相差の領域を、発電設備が追従可能な周波数領域と決定する。本実施形態では、発電設備が追従可能な周波数領域は０．０１Ｈｚ未満の周波数領域となる。

以下、図２を参照した蓄電設備の決定方法の説明に戻る。
（ステップＳ２０３）制御部１０１は、ステップＳ２０１で記憶部１０２に記憶させた電力供給プロファイルを読み出し、読み出した電力供給プロファイルをフーリエ変換して電力値の各周波数成分を取得する。また、制御部１０１は、取得した周波数成分毎の電力値を記憶部１０２に記憶させる。その後ステップＳ２０４に進む。

図８は、本実施形態において、電力供給プロファイルを各周波数成分に分解した結果を示した図である。図示する例では、電力供給プロファイルを各周波数成分に分解した結果はグラフで表されており、横軸は正弦波指令値の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は、正弦波指令値が要求する電力値（ｋＷ）である。例えば、正弦波指令値の周波数が０．００１（Ｈｚ）のときの正弦波指令値が要求する電力値は０．６５（ｋＷ）である。その他の正弦波指令値の周波数における正弦波指令値が要求する電力値は図示する通りである。

（ステップＳ２０４）制御部１０１は、ステップＳ２０２で記憶部１０２に記憶させた発電設備が補償する補償可能周波数領域を読み出し、読み出した値に基づいて蓄電設備が補償する周波数領域を決定し、記憶部１０２に記憶させる。決定方法の例については後述する。その後、ステップＳ２０５に進む。

図９は、本実施形態において、蓄電設備が補償する周波数領域を示した図である。図示する例では、電力供給プロファイルを各周波数成分に分解した結果がグラフで示されており、横軸は正弦波指令値の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は、正弦波指令値が要求する電力値（ｋＷ）である。本実施形態では、ステップＳ２０２で取得したとおり、発電設備が補償する補償領域は、正弦波指令値の周波数が０．０１（Ｈｚ）未満の周波数領域である領域９０１である。よって、蓄電設備が補償する周波数領域は、正弦波指令値の周波数が０．０１（Ｈｚ）以上の周波数領域である領域９０２である。

なお、マイクログリッドに発電設備が複数含まれている場合は、いずれの発電設備も補償することができない周波数領域を蓄電設備の補償領域とする。

（ステップＳ２０５）制御部１０１は、ステップＳ２０４で決定した蓄電設備が補償する周波数領域と、ステップＳ２０３で取得した周波数成分毎の電力値とを記憶部１０２から読み出す。続いて、読み出した値に基づいて、制御部１０１は、周波数成分毎の電力値のうち、蓄電設備が補償する領域である周波数成分が０．０１（Ｈｚ）以上の電力値について逆フーリエ変換を行い、蓄電設備が補償する電力変動プロファイルを算出し、記憶部１０２に記憶させる。その後、ステップＳ２０６に進む。

図１０は、本実施形態において、蓄電設備が補償する電力変動プロファイルを示した図である。図示する例では、蓄電設備が補償する電力変動プロファイルはグラフで表されており、横軸は時刻であり、縦軸は電力値（ｋＷ）である。各時刻における電力値は図示する通りである。

（ステップＳ２０６）制御部１０１は、ステップＳ２０５で記憶部１０２に記憶させた蓄電設備が補償する電力変動プロファイルを読み出し、読み出した値に基づいて、蓄電設備が補償する電力出力のうち最大の出力値を求める。その後、ステップＳ２０６に進む。本実施形態では、図１０に示した蓄電設備が補償する電力変動プロファイルより、蓄電設備が補償する最大出力値は、Ｐ_１ｍａｘが示す時刻が１７：５０のときの出力値である４１（ｋＷ）である。なお、求めた最大出力値に安全率Ｋ_１を乗じることにより、蓄電設備の最大出力を決定しても良い。

（ステップＳ２０７）制御部１０１は、ステップＳ２０５で記憶部１０２に記憶させた蓄電設備が補償する電力変動プロファイルを読み出し、読み出した値に基づいて、蓄電設備が補償する電力量を求める。その後、処理を終了する。

例えば、（１）式を用いて使用電力量を求め、求めた使用電力量の最大値を蓄電設備が補償する電力量とする。なお、求めた使用電力量の最大値に、安全率Ｋ_２を乗じることにより蓄電設備の容量を決定しても良い。

なお、ｆ（ｔ）は使用電力量であり、ｐ（ｔ）は蓄電設備が補償する電力変動プロファイルであり、ｆ_１は蓄電設備が補償する下限周波数であり、ｆ_２は蓄電設備が補償する上限周波数である。

上述したとおり、本実施形態によれば、蓄電設備決定装置は、発電設備が補償する周波数領域を取得し、発電設備が補償することができない周波数領域の電力変動プロファイルを求め、求めた値に基づいて、蓄電設備の容量および最大出力を決定する。よって、マイクログリッドに使用する蓄電設備の最適な規模の蓄電設備を決定することが可能となる。そのため、過剰な蓄電設備を構築することを防止することができる。

なお、蓄電設備決定装置が行う蓄電設備の決定を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、蓄電設備の決定を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の一実施形態による蓄電設備決定方法を実現する蓄電設備決定装置の構成を示した図である。 本実施形態による蓄電設備の決定方法の手順を示したフローチャートである。 本実施形態による電力変動プロファイルの一例を示した図である。 本実施形態による発電設備の応答特性の一例を示した図である。 本実施形態による発電設備の応答特性の一例を示した図である。 本実施形態による発電設備の周波数応答特性の一例を示した図である。 本実施形態による発電設備の周波数応答特性の一例を示した図である。 本実施形態において、電力供給プロファイルを各周波数成分に分解した結果を示した図である。 本実施形態による蓄電設備が補償する周波数領域を示した図である。 本実施形態による蓄電設備が補償する電力変動プロファイルを示した図である。

符号の説明

１０１・・・制御部、１０２・・・記憶部

Claims (4)

1. 複数の電源設備を備えたマイクログリッドが備える蓄電設備の容量を決定する方法であって、
   前記複数の電源設備の出力が出力指示に追従する特性を示す情報である出力応答特性に基づいて、負荷電力のうち、前記複数の電源設備が追従運転することが可能な周波数領域を特定する追従運転可能領域特定ステップと、
   前記負荷電力の時間ごとの変動を示す情報である電力変動プロファイルを前記周波数成分に分解する周波数成分分解ステップと、
   前記追従運転可能領域特定ステップで特定した前記周波数領域と、前記周波数成分分解ステップで分解した前記電力変動プロファイルの前記周波数成分とに基づいて、蓄電設備が補償する電力の時間ごとの変動を示す情報である蓄電設備電力変動プロファイルを算出する蓄電設備電力変動プロファイル算出ステップと、
   前記蓄電設備電力変動プロファイル算出ステップで算出した前記蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、前記蓄電設備の容量を決定する蓄電設備容量決定ステップと、
   を含むことを特徴とする蓄電設備決定方法。
2. 前記蓄電設備電力変動プロファイル算出ステップで算出した前記蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、前記蓄電設備の最大出力を決定する蓄電設備最大出力決定ステップ
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の蓄電設備決定方法。
3. 複数の電源設備を備えたマイクログリッドが備える蓄電設備の容量を決定するコンピュータによって実行される蓄電設備決定プログラムであって、
   コンピュータを、
   前記複数の電源設備の出力が出力指示に追従する特性を示す情報である出力応答特性に基づいて、負荷電力のうち、前記複数の電源設備が追従運転することが可能な周波数領域を特定する追従運転可能領域特定手段と、
   前記負荷電力の時間ごとの変動を示す情報である電力変動プロファイルを前記周波数成分に分解する周波数成分分解手段と、
   前記追従運転可能領域特定手段で特定した前記周波数領域と、前記周波数成分分解手段で分解した前記電力変動プロファイルの前記周波数成分とに基づいて、蓄電設備が補償する電力の時間ごとの出力変動を示す情報である蓄電設備電力変動プロファイルを算出する蓄電設備電力変動プロファイル算出手段と、
   前記蓄電設備電力変動プロファイル算出手段で算出した前記蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、前記蓄電設備の容量を決定する蓄電設備容量決定手段と、
   として機能させるための蓄電設備決定プログラム。
4. コンピュータを、
   前記蓄電設備電力変動プロファイル算出手段で算出した前記蓄電設備電力変動プロファイルに基づいて、前記蓄電設備の最大出力を決定する蓄電設備最大出力決定手段
   として機能させるための請求項１に記載の蓄電設備決定プログラム。

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