JP2011038499A - 自然エネルギー発電制御システム、制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自然エネルギー発電サイトにおける出力変動を高精度に予測し、安定して電力を供給する技術を提供する。
【解決手段】 自然エネルギー発電制御システム１は、複数の発電装置５１０と、前記発電装置の出力を計測する電力計測装置５６０と、気象状況を計測する気象状況計測装置５７０と、前記発電装置からの出力を調整する監視装置と、を備える複数のサイト５００と、前記複数のサイトの合計出力の上限値を各サイトの気象状況から算出して、各サイトの上限値へと割り振る集中制御装置３００と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自然エネルギー発電制御システム、制御装置および制御方法に関する。

近年、二酸化炭素排出量削減の観点から、風力発電や太陽光発電などの自然エネルギー電源の導入が盛んになってきている。しかしながら、これらの自然エネルギー電源は、風速や日射量の変動により発電出力が変動するため、連系している系統の電圧や、周波数に影響を及ぼすことが懸念されている。よって、電力品質を維持しつつ、自然エネルギー発電の導入量を増加させるためには、電力系統側の調整能力をさらに増強するか、出力変動を抑制する必要がある。

例えば、特許文献１には、気象庁が提供する数値予報から狭領域の風速予測データを算出し、過去の予測データと実測データに基づく風速修正を用いて発電出力を予測する方法が開示されている。

特開２００４−１９５８３号公報

しかしながら、特許文献１のように、気象庁の提供する数値予報によって予測を行う方法では、予測周期や内容を提供される数値予報に合わせねばならず、短時間周期での予測や、日射強度等に関する予測をすることは困難であった。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、自然エネルギー発電サイトにおける出力変動を高精度で予測し、安定して電力を供給する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明の自然エネルギー発電制御システムは、自然エネルギー発電サイトにおける出力変動を高精度に予測し、安定して電力を供給する技術を提供する。

例えば、複数の自然エネルギー発電装置と、前記発電装置の出力を計測する電力計測装置と、気象状況を計測する気象状況計測装置と、前記発電装置からの出力を調整する監視装置と、を備える複数のサイトと、気象予報機関から提供される各サイト相当位置における気象予報を取得する処理と、前記気象予報に基づいて、各サイトおよび全サイトにおける出力計画値を算出する処理と、前記各サイトから、過去の気象状況を取得する処理と、各サイトに応じて定まる比較対象となるサイトの過去の気象状況と、当該過去の気象状況が前記各サイトへと到達する到達時刻の時間差と、季節の影響と、から、未来の所定の時刻における前記各サイトの気象状況を予測する処理と、予測された前記気象状況に基づいて、全サイトおよび各サイトにおける前記未来の所定の時刻における出力予測値を算出する処理と、前記未来の所定の時刻に応じた前記全サイトの出力計画値に対する、前記未来の所定の時刻における前記全サイトの出力予測値の偏差が、所定の値より小さい場合には前記出力予測値を、小さくない場合には前記偏差が所定の値以下となるよう補正した値を、全サイトの出力上限値として設定する処理と、前記全サイトの出力上限値を、各サイトの出力上限値として割り振る処理と、前記各サイトの出力上限値を、対応する監視装置に送信する処理と、を実行する集中制御装置と、を備え、前記管理装置は、サイト内の発電装置の出力の合計が、前記各サイトの出力上限値以下となるよう調整することを特徴とする。

本発明によれば、自然エネルギー発電サイトにおける出力変動を高精度で予測し、安定して電力を供給する技術を提供することのできる技術が提供される。

（ａ）本発明の第１の実施形態にかかる自然エネルギー発電制御システム１のブロック図、（ｂ）自然エネルギー発電制御システム１の模式図。 監視装置８００の構成の一例を表すブロック図。 集中制御装置３００の構成の一例を表すブロック図。 運転条件データ３２１０の概略図。 気象予報データ３２２０の概略図。 発電計画データ３２３０の概略図。 気象計測データ３２４０の概略図。 気象予測記憶データ３２５０の概略図。 発電予測データ３２６０の概略図。 運転指令データ３２７０の概略図。 発電実績データ３２８０の概略図。 集中制御装置３００の実行する指令値算出処理の流れを示すフローチャート。 各サイトの位置関係を示す概念図。 各サイトでの気象の推移を説明するための説明図。 サイト５００ｂとサイト５００ａとにおける気圧の変動を表すグラフ。 処理用データ３２９０の概略図。 予測対象サイトの風速予測値と、実測値と、を比較したグラフ。 自然エネルギー発電制御サイト２の模式図。 制御システム２の備える集中制御装置４００の構成を表すブロック図。 運転条件データ４２１０の概略図。 太陽光発電電力理想関数の概略図。 気象予測記憶データ４２５０の概略図。 処理用データ４２９０の概略図。 集中制御装置３００の電気的な構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照ながら説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図1（ａ）に、本発明の第１の実施形態にかかる自然エネルギー発電制御システム１のブロック図を、図１（ｂ）に、自然エネルギー発電制御システム１の模式図を示す。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施形態にかかる自然エネルギー発電制御システム１（以下、単に制御システム１と称する）は、気象状況に応じて発電出力が変動する自然エネルギー発電装置５１０を複数備える自然エネルギー発電サイト５００ａ、５００ｂ、５００ｃ、５００ｄ（以下、単にサイト５００と称する）と、各サイトを集中的に管理する集中制御装置３００と、各サイトおよび集中制御装置３００を結び、図示しない電力系統へと電力を送配する送配電線１００と、制御システム１内の各装置間を情報の送受信可能に接続する通信線２００と、を備えている。
［自然エネルギー発電サイト］
サイト５００ａ〜ｄは、互いに数１０ｋｍから１００ｋｍ程度の離れたサイト（ファーム）群であり、地域的に分散配置されている。また、各サイトはそれぞれ、複数の自然エネルギー発電装置５１０と、変圧器５３０と、電力計測装置５６０と、気象状況計測装置５７０と、監視装置８００と、を備えている。

自然エネルギー発電装置５１０は、ここでは、自然エネルギーが風力である風力発電装置である（以下、単に発電装置５１０と称する）。

変圧器５３０は、発電装置５１０で発電された電力を昇圧して、送配電線１００に送電する。

電力計測装置５６０は、所定のタイミングごと（ここでは、１分ごと）に各発電装置５１０で発電される電力を計測して、各計測値を計測時間と関連付けた出力データを、監視装置８００へと出力する。

気象状況計測装置５７０は、気温計、湿度計、気圧計、風速計、日射計等を備え、所定のタイミングごと（ここでは、１分ごと）に、サイトにおける気象状況（具体的には、気温、湿度、気圧、風速、風向、日射量等）を計測して、各計測値を計測時間と関連付けた気象データを、監視装置８００へと出力する。

図２に、監視装置８００の構成の一例を表すブロック図を示す。

監視装置８００は、制御部８１０と、記憶部８２０と、入出力インターフェース部（以下、Ｉ／Ｆ部と称する）８３０と、入力部８４０と、表示部８５０と、からなる。

制御部８１０は、データ蓄積部８１１と、データ提供部８１２と、出力調整部８１３と、からなる。

データ蓄積部８１１は、Ｉ／Ｆ部８３０を介して、電力計測装置５６０から出力される出力データを受け付けると、記憶部８２０の出力データ記憶領域８２１に時系列に対応させて記憶させる。

同様に、データ蓄積部８１１は、気象状況計測装置５７０から出力される気象データを受け付けると、記憶部８２０の気象データ記憶領域８２２に時系列に対応させて記憶させる。

データ提供部８１２は、各データの送信要求に応じて、出力データ及び気象データを、予め定められた評価期間分（ここでは、１０分間分；ｑ１−１０）だけ、Ｉ／Ｆ部を介して集中制御装置３００に送信する。

出力調整部８１３は、集中制御装置３００から送信される各サイトの出力上限の値（運転指令値）に応じて出力を調整し、サイト内の出力合計を運転指令値以内に制御する。なお、出力の制御は、例えば、発電装置５１０の備えるプロペラの回転数やピッチ等を調節することで実現できる。

記憶部８２０は、出力データ記憶領域８２１と、気象データ記憶領域８２２と、を備えている。

出力データ記憶領域８２１には、各発電装置５１０で発電される電力と計測時間とを関連付けた出力データが、気象変動記憶領域８２２には、各サイトにおける気象状況と計測時間とを関連付けた気象データが、時系列に対応させて記憶されている。

入出力インターフェース部８３０は、監視装置８００を、他の装置及びネットワークと、データの送受信可能に接続する。

入力部８４０は、利用者からの入力を受け付ける。

表示部８５０は、少なくとも生成した各画像等を表示する。
［集中制御装置］
次に、本実施形態にかかる制御システム１の集中制御装置３００について説明する。

図３に、集中制御装置３００の構成の一例を表すブロック図を示す。

集中制御装置３００は、制御部３１０と、記憶部３２０と、Ｉ／Ｆ部３３０と、入力部３４０と、表示部３５０と、を備えている。

制御部３１０は、サイト５００の運転条件を管理する運転管理部３１１と、発電計画を生成する発電計画部３１２と、気象状況を予測する気象予測部３１３と、予測された気象状況から発電量を予測する発電予測部３１４と、予測された発電量からサイトの出力上限の値である運転指令値を算出する指令値算出部３１５と、を有する。

記憶部３２０は、制御システム１の運転条件に関する情報を記憶する運転条件記憶領域３２１と、各サイト相当位置における気象予報機関が予測した情報を記憶する気象予報記憶領域３２２と、全サイトおよび各サイトにおける発電電力の計画に関する情報を記憶する発電計画記憶領域３２３と、各サイトにおける気象状況の実測値を記憶する気象状況記憶領域３２４と、各サイトにおける気象状況の予測値を記憶する気象予測記憶領域３２５と、全サイトおよび各サイトにおける発電電力の予測値を記憶する発電計画記憶領域３２６と、全サイトの出力上限の値である運転指令値に関する情報を記憶する運転指令値記憶領域３２７と、全サイトおよび各サイトにおける発電実績を記憶する発電実績記憶領域３２８と、気象予測に用いるための情報を記憶する処理用情報記憶領域３２９と、を備えている。

以下、内容について詳細に説明する。

運転条件記憶領域３２１は、サイト５００の運転条件に関する情報である運転条件データ３２１０を記憶している。

図４は、運転条件データ３２１０の概略図である。

運転条件データ３２１０は、制御システム１に含まれるサイトに関する情報が格納される全サイトデータ３２１０Aと、各サイト５００に関する情報が格納されるサイトデータ３２１０Bと、各サイトに含まれる各発電装置５１０の特性に関する情報が格納される発電装置データ３２１０Cと、からなる。

全サイトデータ３２１０Aは、制御システム１に含まれるサイトの数が種類別（図４では、風力発電サイトおよび太陽光発電サイトの２種類のみ示す）に格納されるサイト数格納領域３２１１Aおよび３２１２Aと、各サイト間の通信周期が格納される通信周期格納領域３２１３Aと、を有する。

サイトデータ３２１０Bは、制御システム１に含まれる風力発電サイト５００に対応付けて生成され、サイトを識別するためのサイト名格納領域５０００と、サイトの存在する位置の緯度が格納される緯度格納領域３２１１Bと、サイトの経度が格納される経度格納領域３２１２Bと、サイトの備えている発電装置５１０ごとの機種（図４では、発電装置アおよびイの２種）が格納される機種格納領域５１００と、当該機種ごとに、その定格出力が格納される定格出力格納領域３２１３Bと、その数が格納される台数格納領域３２１４Bと、サイト５００の定期点検や故障情報等のメンテナンスに関する情報が格納されるメンテナンス情報格納領域３２１５Bと、を有する。

発電装置特性データ３２１０Cは、制御システム１に含まれる風力発電装置５１０の種類に対応付けて生成され、発電装置の機種を識別するための発電装置（機種）格納領域５１００と、当該発電装置で発電が可能な最低限の風速であるカットイン風速格納領域３２１１Cと、安全に動作ができる最大の風速であるカットアウト風速格納領域３２１２Cと、風速と出力を示す出力／風速格納領域３２１３Ｃと、を有する。

気象予報記憶領域３２２は、気象予報機関が予測した気象予報に関する情報である、気象予報データ３２２０を記憶している。

図５は、気象予報データ３２２０の概略図である。

気象予報データ３２２０は、各サイトに対応付けて生成され、各サイトを識別するためのサイト名格納領域５０００と、当該サイトの相当位置における気象予報の所定の予報時刻（図５では、１時間ごと）を格納する予報時刻格納領域３２２１と、当該予報時刻における、気温の予報値を格納する気温格納領域３２２２、気圧の予報値を格納する気圧格納領域３２２３、湿度の予報値を格納する湿度格納領域３２２４、風向の予報値を格納する風向格納領域３２２５、風速の予報値を格納する風速格納領域３２２６、日射量の予報値を格納する日射量格納領域３２２７と、を有する。

発電計画記憶領域３２３は、上述の気象予報から算出された、各サイトにおける発電電力の計画に関する情報である、発電計画データ３２３０を記憶する。

図６は、発電計画データ３２３０の概略図である。

発電計画データ３２３０は、制御システム１に含まれる全サイトの発電電力に関する計画情報が格納される全サイト発電計画データ３２３０Aと、各サイトの発電電力に関する計画情報が格納されるサイト発電計画データ３２３０Bと、からなる。

全サイト発電計画データ３２３０Aは、所定の時刻を格納する時刻格納領域３２３１Ａと、当該時刻における全サイトの合計出力計画値を格納する出力計画値格納領域３２３２Ａと、を有する。

サイト発電計画データ３２３０Ｂは、各サイトに対応付けて生成され、各サイトを識別するためのサイト名格納領域５０００と、所定の時刻を格納する時刻格納領域３２３１Ｂと、当該時刻における各サイトの出力計画値を格納する出力計画値格納領域３２３２Ｂと、を有する。

気象状況記憶領域３２４は、各サイトにおける気象状況の実測値に関する情報である、気象計測データ３２４０を記憶する。

図７は、気象計測データ３２４０の概略図である。

気象計測データ３２４０は、各サイトに対応付けて生成され、各サイトを識別するためのサイト名格納領域５０００と、サイトの相当位置における気象状況の計測時刻（図７では、１分間ごと）を格納する計測時刻格納領域３２４１と、当該計測時刻における、気温の計測値を格納する気温格納領域３２４２、気圧の計測値を格納する気圧格納領域３２４３、湿度の計測値を格納する湿度格納領域３２４４、風向の計測値を格納する風向格納領域３２４５、風速の計測値を格納する風速格納領域３２４６、日射量の計測値を格納する日射量格納領域３２４７と、を有する。

気象予測記憶領域３２５は、各サイトにおける気象状況の予測値に関する情報を記憶する気象予測記憶データ３２５０を記憶する。

図８は、気象予測記憶データ３２５０の概略図である。

気象予測データ３２５０は、各風力発電サイトごとに生成され、各サイトを識別するためのサイト名格納領域５０００と、サイトの相当位置における気象状況の予測時刻（図７では、１分間ごと）を格納する予測時刻格納領域３２５１と、当該予測時刻における、風向の予測を格納する風向格納領域３２５２、および、風速の予測値を格納する風速予測値格納領域３２５３と、を有する。

発電予測記憶領域３２６は、全サイトおよび各サイトにおける発電電力の予測値に関する発電予測データ３２６０を記憶する。

図９は、発電予測データ３２６０の概略図である。

発電予測データ３２６０は、制御システム１に含まれる全サイトの発電電力の予測値に関する全サイト発電予測データ３２６０Aと、各サイトの発電電力の予測値に関するサイト発電予測データ３２６０Bと、からなる。

全サイト発電予測データ３２６０Aは、所定の予測時刻を格納する予測時刻格納領域３２６１Ａと、当該予測時刻における全サイトの合計出力の予測値を格納する出力予測値格納領域３２６２Ａと、を有する。

サイト発電予測データ３２６０Ｂは、各サイトに対応付けて生成され、各サイトを識別するためのサイト名格納領域５０００と、所定の予測時刻を格納する予測時刻格納領域３２６１Ｂと、当該予測時刻における各サイトの出力の予測値を格納する出力予測値格納領域３２６２Ｂと、を有する。

運転指令記憶領域３２７は、全サイト出力の上限値である運転指令値に関する運転指令データ３２７０を記憶する。

図１０は、運転指令データ３２７０の概略図である。

運転指令データ３２７０は、各サイトに対応付けて生成され、各サイトを識別するためのサイト名格納領域５０００と、所定の時刻を格納する時刻格納領域３２７１と、当該時刻における各サイトの運転指令値を格納する運転指令値格納領域３２７２と、を有する。

発電実績記憶領域３２８は、全サイトおよび各サイトにおける発電実績に関する発電実績データ３２８０を記憶する。

図１１は、発電実績データ３２８０の概略図である。

発電実績データ３２８０は、制御システム１に含まれる全サイトの発電電力の実績値に関する全サイト発電実績データ３２８０Aと、各サイトの発電電力の実績値に関するサイト発電実績データ３２８０Bと、からなる。

全サイト発電実績データ３２８０Aは、所定の時刻を格納する時刻格納領域３２８１Ａと、当該時刻における全サイトの合計出力値を格納する出力実績値格納領域３２８２Ａと、を有する。

サイト発電実績データ３２８０Ｂは、各サイトに対応付けて生成され、各サイトを識別するためのサイト名格納領域５０００と、所定の時刻を格納する時刻格納領域３２８１Ｂと、当該時刻における各サイトの出力の実績値を格納する出力実績値格納領域３２８２Ｂと、を有する。

入力部３４０は、利用者からの入力を受け付ける。

表示部３５０は、少なくとも生成した各画像等を表示する。

ここで、制御部３１０の実行する処理について、詳細に説明する。

まず、運転管理部３１１と、発電計画部３１２が随時実行する処理について説明する。

運転管理部３１１は、入力部３４０を介して、利用者から運転条件に関する情報を受け付け、運転条件データ３２１０へと格納する。

具体的に運転管理部３１１は、利用者から上記に示す、全サイトデータ３２１０Ａ、サイトデータ３２１０Ｂ、および、発電装置特性データ３２１０Ｃの各項目（図４参照）に関する情報の入力があると、当該情報を対応する格納領域へと格納する。

なお、過去に登録のない新規のサイトおよび機種の発電装置に関する入力を受けた場合には、新たなサイトデータ３２１０Ｂおよび発電装置特性データ３２１０Ｃデータを生成し、登録する。

ここでは、このような運転条件の受け付け処理は、利用者による入力があった場合に随時実行されるものとするが、後述する指令値算出処理が開始される際に入力を受け付けるような構成としても良い。

さらに、運転管理部３１１は、所定のタイミングごとに、Ｉ／Ｆ部を介して図示しないネットワークを利用し、気象予報機関の作成する気象予報に関する情報を取得し、気象予報データ３２２０（図５参照）として時系列に対応させて気象予報記憶領域３２２へと記憶させる。なお、ここでは、気象予報データの取得周期は１時間としているが、どのような周期を設定することも可能である。なお、予報項目は、風力発電の場合、風速および風向に関する予報値を、太陽光発電の場合は、日射量に関する予報値を少なくとも取得すれば良い。

発電計画部３１２は、所定のタイミングごとに、上述のような予報値から未来の所定の時刻の発電電力について、全サイトの合計出力値と、各サイトごとの出力値と、を予測し、発電計画データ３２３０（図６参照）へと記憶させる。

なお、発電計画は、図４に示す全サイトのサイト数、各サイトの備える発電装置の数とその特性（風速と出力の関係）、風速の予報値から算出することが可能である。

また、ここでは発電計画は、６時間ごとに３０分単位の発電電力が予測される構成としているが、これに限らず、気象予報機関からの気象予報が更新されれば、どのような周期および時間単位で予測を実行しても良い。

次に、指令値の算出処理について説明する。なお、ここでは指令値は、１０分ごとに１分単位で算出・設定されるものとする。

気象予測部３１３は、まず、各サイトにおける気象状況の変動を予測する。

まず、気象予測部３１３は、制御システム１の備える所定のサイトの擁する管理装置８００に、各発電装置５１０の発電電力の実測値を記録した出力データと、各サイト５００の気象状況の実測値を記録した気象データとを、所定の評価期間ｑ_１−１０ぶんだけ送信するよう要求する。

なお、ここでは、出力データおよび気象データは、１分単位での実測値を時系列順に記録したものとする。また、評価期間ｑ_１−１０は、最新の１０分間とする。

管理装置８００は、記憶部８２０に格納される出力データおよび気象データを、評価期間に応じて抽出し、Ｉ／Ｆ部８３０を介して集中制御装置３００へと送信する。

気象予測部３１３は、出力データおよび気象データを受信すると、出力データの示す各サイトの出力値を、当該サイトに応じた出力実績値格納領域３２８２Ｂ（図１１参照）に格納する。なお、各サイトの同時刻における出力値を全て取得し終えると、気象予測部３１３は、その合計値を、出力実績値格納領域３２８２Ａへと格納する。

次に、気象予測部３１３は、基準となる予測対象サイトにおける評価期間ｑ_１−１０に対応する予測期間ｔ_１−１０における風向および風速の変動を、比較対象サイトの気象状況に基づいて予測する。なお、各サイトに対応する比較対象サイトは、予め記憶部３２０に記憶されているものとする。以下、予測方法について説明する。

図１３は各サイトの位置関係を示す概念図、図１４は各サイトでの気象の推移を説明するための説明図、図１５はサイト５００ｂとサイト５００ａとにおける気圧の変動を表すグラフである。図中、サイト５００ａ〜５００ｄの風速をｖ０〜ｖ３、気圧をｐ０〜ｐ３として表した。

図１３に示すように、予測対象サイト５００ａは他の比較対象サイト５００ｂ〜５００ｃに比べ、最も北東に位置している。なお、気象の状態は北東方向に推移しているものとする。

このような場合、評価時刻ｑ（ｔ−τ）に応じた予測時刻ｔにおける予測対象サイト５００ａでの風速ｖ０（ｔ）は、以下の数式１から求めることが可能である。

<数式１>
ｖ０（ｔ） ≒ Ｖ０（ｔ） ＋ Ｗ０（ｔ） ・ｓｉｎ（ω・ｔ） （１）

Ｖ０（ｔ）：風速の時間的にほぼ一定の成分
Ｗ０（ｔ）：風速の変動成分の大きさ
ω：風速の変動成分の周波数

ここで、図１４に示すように、予測時刻ｔにおけるサイト５００ａの風速ｖ０（ｔ）は、時刻（ｔ−τ１）におけるサイト５００ｂの風速ｖ１（ｔ−τ１）、あるいは、時刻（ｔ−τ２）におけるサイト５００ｃの風速ｖ１（ｔ−τ２）、あるいは、時刻（ｔ−τ３）におけるサイト５００ｄの風速ｖ３（ｔ−τ３）と、時間差τ１、τ２、τ３だけ遅れて、同様の変化をたどることが多い。

そこで、サイト５００ａの時刻（t＋Δｔ）における、Ｖ０（ｔ＋Δｔ）、Ｗ０（ｔ＋Δｔ）は、近似的に、以下の数式２、および、数式３で表すことができる。

<数式２>
Ｖ０（ｔ＋Δｔ）≒ａ１・Ｖ１（ｔ−τ１＋Δｔ）
＋ａ２・Ｖ２（ｔ−τ２＋Δｔ）
＋ａ３・Ｖ３（ｔ−τ３＋Δｔ） （２）

<数式３>
Ｗ０（ｔ＋Δｔ）≒ｂ１・Ｗ１（ｔ−τ１＋Δｔ）
＋ｂ２・Ｗ２（ｔ−τ２＋Δｔ）
＋ｂ３・Ｗ３（ｔ−τ３＋Δｔ） （３）

τ１〜τ３：サイト５００ｂ〜５００ｄと５００ａとの時間差
ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３：各季節区分における各サイトの影響を示す係数

なお、気象予測部３１３は、図７に示す気象予測データ３２４０から各サイトごとの気圧の計測値から、図１５に示す５００ｂ〜５００ｄのから５００ａへの気圧変動の到達時間遅れ（時間差τ１〜τ３）を算出することができる。もちろん、気圧以外の気象変動、例えば、気温、湿度等を気圧に代えて、あるいは、共に用いて時間差τ１〜τ３を求めることも可能である。

また、各サイトの影響を示す係数ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３は、予め記憶部３２０の処理用情報記憶領域３２９に、処理用データ３２９０として記憶されているものとする。これらの値は、過去の実績値から統計処理により予め決定されている。

図１６は、処理用データ３２９０の概略図である。

処理用データ３２９０は、各サイトに対応付けて生成され、各サイトを識別するための予測対象サイト名格納領域３２９１と、季節等の区分が格納される季節区分格納領域３２９２と、予測対象サイトと比較される比較対象サイトに応じた各風向時の係数ａおよび係数ｂの値が格納される係数格納領域３２９３〜３２９６と、を有する。

気象予測部３１３は、該当する季節区分と、予測時刻ｔで比較対象サイトで計測された風向とから、利用する係数ａおよび係数ｂの値を選択して、上記数式２および数式３に用いる。

このようにして、気象予測部３１３は、予測対象サイトにおける予測時刻ｔの風速予測値および風向を予測することができる。図１７に、実際に３つの比較対象サイトの計測値から予測した予測対象サイトの風速予測値（１時間平均）と、実測値と、を比較したグラフを示す。図に示すように、予測対象サイトの予測値と実測値とでは、ほぼ同様の風速変動が見られた。

なお、気象予測部３１３は、このような予測対象サイトの予測時刻ｔにおける風速および風向を、気象予測データ３２５０として、気象予測記憶領域３２５へと格納する。

発電予測部３１３４は、気象予測データ３２５０に基づき、予測時刻ｔにおける各サイトの発電電力を予測する。

具体的に、発電予測部３１４は、予測時刻ｔにおける予測対象サイトの風速予測値と、図４に示す全サイトのサイト数と、各サイトの備える発電装置の数および特性（風速と出力の関係）と、を用いて、予測対象サイトの出力予測値を算出する。

そして、発電予測部３１４は、予測対象サイトの出力予測値を、サイトごとの出力予測値格納領域３２６２Ｂ（図９参照）に格納する。なお、全てのサイトに対し同予測時刻における出力予測値を算出し終えると、発電予測部３１４は、その合計値を、出力予測値格納領域３２６２Ａへと格納する。

指令値算出部３１５は、予測時刻ｔにおける、全サイトおよび各サイトの出力上限を規定する運転指令値を算出する。

指令値算出部３１５は、まず、全サイト発電予測データ３２６０Ａから予測時刻ｔにおける全サイトの出力予測値と、全サイト発電計画データ３２３０Ａから予測時刻ｔに最も近い時刻における全サイトの出力計画値と、を取得する。そして、全サイトの出力計画値に対する全サイトの出力予測値の偏差を求め、当該偏差が予め定められた値より小さいか否かを判断する。偏差が所定の値よりも小さい場合には、出力予測値を全サイトの運転指令値として設定する。また、偏差が所定の値より小さくない場合には、偏差が所定の値よりも小さくなる値に出力予測値を補正する。例えば、偏差が所定の値よりも任意の値だけ小さくなる値とする。そして、この値を全サイトの運転指令値として設定する。

次に、指令値算出部３１５は、当該全サイトの運転指令値を各サイト出力に割り振って、各サイトの運転指令値を算出する。例えば、図９に示すサイト発電予測データ３２６０Ｂに格納される各サイトの出力予測値から、予測時刻ｔにおける各サイトの出力割合を算出し、当該出力割合に比例するよう、各サイトに運転指令値を割り当てればよい。もちろん、予め定められた所定の割合で割り当てる構成としてもよい。

指令値算出部３１５は、このようにして算出した各サイトの運転指令値を、図１０に示すような運転指令データ３２６０へと格納する。

そして、指令値算出部３１５は、評価期間ｑ_１−１０に対して上記処理を繰り返し、評価期間ｑ_１−１０に基づいて算出された、予測時刻ｔと、各予測時刻ｔにおける各サイトの運転指令値と、を対応付けた予測期間ｔ_１−１０の時系列データを、監視装置８００の出力調整部８１３へと送信する。出力調整部８１３は運転指令値を受信すると、予測時刻ｔにおけるサイト内の各発電装置の出力合計が運転指令値以下となるよう調整する。

次に、このような集中制御装置３００のハードウエア構成について説明する。図２４は、集中制御装置３００の電気的な構成を示すブロック図である。

図２４に示すように、集中制御装置３００は、各部を集中的に制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１と、各種データを書換え可能に記憶するメモリ９０２と、各種のプログラム、プログラムの生成するデータ等を格納する外部記憶装置９０３と、入力装置９０４と、出力装置９０５と、これらを接続するバス９０６と、を備える。

集中制御装置３００は、例えば、外部記憶装置９０３に記憶されている所定のプログラムを、メモリ９０２に読み込み、ＣＰＵ９０１で実行することにより実現可能である。

なお、上記した各構成要素は、集中制御装置３００の構成を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分類したものである。処理ステップの分類の仕方やその名称によって、本願発明が制限されることはない。集中制御装置３００が行う処理は、処理内容に応じて、さらに多くの構成要素に分類することもできる。さらに、１つの構成要素がさらに多くの処理を実行するように分類することもできる。

また、各機能部は、ハードウエア（ＡＳＩＣなど）により構築されてもよく、各機能部の処理が一つのハードウエアで実行されてもよいし、複数のハードウエアで実行されてもよい。

以上のように構成される本実施形態にかかる集中制御装置３００、および、各サイトの監視装置８００での処理を、図１２に示すフローチャートを用いて説明する。

図１２は、本実施形態に係る集中制御装置３００の実行する指令値算出処理の流れを示すフローチャートである。

まず、気象予測部３１３は、制御システム１の備える所定のサイトの擁する管理装置８００に、各発電装置５１０の発電電力の実測値を記録した出力データと、各サイト５００の気象状況の実測値を記録した気象データとを、所定の評価期間ｑ_１−１０だけ送信するよう要求し、両データを取得する（ステップＳ００１）。

次に、気象予測部３１３は、評価時刻ｑに応じた予測時刻ｔにおける、各サイトの風向および風速予測値を予測して、気象予測データ３２５０を生成し、発電予測部３１４へ発電予測要求を出力する（ステップＳ００２）。

発電予測部３１４は、発電予測要求を受け付けると、気象予測データ３２５０に基づき、予測時刻ｔにおける各サイトの発電電力を予測する（ステップＳ００３）。そして、指令値算出部３１５に、運転指令値算出要求を出力する。

指令値算出部３１５は、指令値算出要求を受け付けると、予測時刻ｔにおける全サイトの出力予測値と、予測時刻ｔに最も近い時刻における全サイトの出力計画値と、を取得する。そして、全サイトの出力計画値に対する全サイトの出力予測値の偏差を求め、全サイトの運転指令値に設定する（ステップＳ００４）。

具体的に、指令値算出部３１５は、全サイトの出力計画値に対する出力予測値の偏差が、予め定められた値より小さいか否かを判断する。偏差が所定の値よりも小さい場合には、出力予測値を全サイトの運転指令値として設定する。また、偏差が所定の値より小さくない場合には、偏差が所定の値よりも任意の値だけ小さな値に補正し、この値を全サイトの運転指令値として設定する。

そして、指令値算出部３１５は、算出した全サイトの運転指令値を各サイトに割り振って、各サイトの運転指令値を算出、設定する（ステップＳ００５）。

次に、指令値算出部３１５は、評価期間ｑ_１−１０に応じた予測期間ｔ_１−１０における各サイトの運転指令値が設定されたか否かを判断する（ステップＳ００６）。設定されていない場合には（ＮＯ）、ステップＳ００２に戻って処理を繰り返す。設定されている場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ００７へと進む。

予測期間ｔ_１−１０における各サイトの運転指令値が設定されると、指令値算出部３１５は、対応する各監視装置８００の出力調整部８１３へと各サイトの運転指令値を送信し（ステップＳ００７）、処理を終了する。

なお、出力調整部８１３は、運転指令値を受信すると、サイト内の各発電装置の出力合計が各サイトの運転指令値以下となるよう調整する。

以上、本発明の第一の実施形態について説明した。

以上のような構成により、本発明の第一の実施形態にかかるウィンドファーム制御システム１によれば、予測対象サイトにおける気象の変動を、比較対象サイトを用いて予測することにより、より正確に発電電力を予測することが可能である。また、運転指令値を設定することで出力を平滑化し、一定に維持することができる。

さらに、全サイトの出力合計から各サイトの出力を設定して調整するため、各サイト間の出力差から生じる自然エネルギーのロスを削減し、高効率な発電が可能である。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態にかかる自然エネルギー発電制御システム２は、太陽光を自然エネルギーとする点で、第一の実施形態とは異なる。以下、異なる点に関する事項について、主に説明する。

図１８に、自然エネルギー発電制御サイト２の模式図を示す。

本実施形態にかかる自然エネルギー発電制御システム２（以下、単に制御システム２と称する）は、風力を用いた発電装置５１０を擁する風力発電のサイト５００に加え、複数の太陽光発電装置６１０（以下、単に発電装置６１０と称する）を擁する太陽光発電サイト６００が、複数設置されている。

図１９に、制御システム２の備える集中制御装置４００の構成を表すブロック図を示す。

集中制御装置４００は、第１の実施形態にかかる集中制御装置３００とほぼ同様の構成であるが、以下の点で異なる。

記憶部４２０の運転条件記憶領域４２１は、図２０に示すような運転条件データ４２１０を記憶する。

運転条件データ４２１０は、図４に示す上記実施形態の運転条件データ３２１０に加えて、太陽光発電サイト６００に関する情報が格納されるサイトデータ３２１０Ｄと、サイト６００に含まれる各太陽光発電装置６１０の特性に関する情報が格納される発電装置データ３２１０Ｅと、をさらに有する。なお、図２０では、図４に示される運転条件データ３２１０は省略した。また、図４の全サイトデータ３２１０Aの太陽光発電サイト数格納領域３２１２Aには、制御システム２に含まれるサイト６００の数がそれぞれ格納される。

図２０に示すように、サイトデータ３２１０Ｄには、サイト６００に関する情報が格納される。

具体的に、サイトデータ３２１０Ｄは、制御システム２に含まれる各太陽光発電サイト６００に対応付けて生成され、各サイトを識別するためのサイト名格納領域６０００と、サイトの存在する位置の緯度が格納される緯度格納領域３２１１Ｄと、サイトの経度が格納される経度格納領域３２１２Ｄと、サイトの備えている太陽光発電装置６１０の機種（図２０では、発電装置アおよびイの２種類）が格納される機種格納領域６１００と、発電装置６１０の太陽光パネル面積が格納されるパネル面積格納領域３２１４Ｄと、パネルの設置角が格納される設置角格納領域３２１５Ｄと、設置方位が格納される設置方位格納領域３２１６Ｄと、メンテナンス情報が格納されるメンテナンス情報格納領域３２１７Ｄと、を有する。

発電装置特性データ３２１０Ｅは、制御システム２に含まれるサイト６００および太陽光発電装置６００の機種ごとに定義される。太陽光発電装置６００では、機種のみではなく、設置されるサイトで変化する要素があるためである。

発電装置特性データ３２１０Ｅは、発電装置６１０の機種を識別するための発電装置（機種）格納領域６１００と、当該発電装置が設置されているサイトを識別するためのサイト名格納領域６０００と、所定の日射数値ごとの出力を示す情報が格納される出力／日射格納領域３２１１Ｅと、パネル温度と温度係数の関係を示す情報が格納される温度係数／温度格納領域３２１２Ｅと、パネルの汚れ係数が格納される汚れ係数格納領域３２１３Ｅと、パネルからの集電時の損失に対応するケーブル効率が格納されるケーブル効率格納領域３２１４Ｅと、パネルで発生した直流電力を交流電力に変換する電力変換器の効率が格納される電力変換効率格納領域３２１５Ｅと、出力と時刻の関係を太陽光が雲等で吸収されたり散乱されたりせず、全てパネルに届くとした場合の理想値で表した図２１に示すような太陽光発電電力理想関数が格納される理想関数格納領域３２１６Ｅと、を有する。なお、図２１では、1月、４月、７月における、代表日の理想関数を示したが、もちろん、さらに詳細な月日についての関数を記憶させておいてもよい。

気象予測記憶領域４２５は、図８に示す気象予測データ３２５０に加えて、太陽光発電サイト６００に関する気象予測に関する情報が格納される気象予測データ４２５０を、さらに記憶する。

図２２は、気象予測記憶データ４２５０の概略図である。

気象予測データ４２５０は、サイト６００ごとに、サイトを識別するためのサイト名格納領域６０００と、サイトの相当位置における気象状況の予測時刻（図２２では、１分間ごと）格納領域４２５１と、当該予測時刻における、理想日射強度の値を格納する理想日射強度格納領域４２５２と、理想日射強度に対する日射強度の比で定義される日射透過率の値を格納する日射透過率格納領域４２５３と、予測される日射強度の値を格納する日射強度格納領域４２５４と、を有する。

処理用情報記憶領域４２９は、図１６に示す上記実施形態の処理用データ３２９０に加えて、サイト６００に関する情報が格納される処理用データ４２９０を、さらに有する。

処理用データ４２９０は、図２３に示すように、サイトごとに、各サイトを識別するための予測対象サイト名格納領域４２９１と、季節等の区分が格納される季節区分格納領域４２９２と、予測対象サイトと比較される比較対象サイトに応じた各風向時の係数ｃの値が格納される係数格納領域４２９３〜４２９６と、を有する。なお、このような処理用データ４２９０は、予め記憶部４２０に記憶されているものとする。また、係数ｃは、過去の実績値から、統計処理により予め設定される。

次に、本実施形態にかかる集中制御装置４００の動作について説明する。制御部４１０は、気象状況および発電電力の予測の方法が、第１の実施形態とは異なる。

以下、図１４を参照しながら、風力発電装置５００ａ〜５００ｄに代わり、太陽光発電装置６００ａ〜６００ｄが設置されているものとして、気象予測部４１３の実行する気象状況の予測の方法について、第１の実施形態とは異なる点を説明する。

気象予測部４１３は、各サイトにおける気象変動を、以下のように予測する。

サイト６００ａでの予測時刻ｔにおける、日射強度Ｓ０（ｔ）は、理想日射強度Ｓｉ０（ｔ）と日射透過率Ｔ０（ｔ）を用いて、次のような数式４で表される。

<数式４>
Ｓ０（ｔ）＝Ｔ０（ｔ）・Ｓｉ０（ｔ） （４）

なお、理想日射強度Ｓｉ０（ｔ）は、時間および季節ごとに予め定めた太陽定数を、記憶部４２０に格納しておくことで算出できる。

また、太陽光発電装置において、日射強度Ｓ０（ｔ）の時の発電電力をＰ０（ｔ）、理想日射強度Ｓｉ０（ｔ）の時の発電電力をＰｉ０（ｔ）とすれば、次のような数式５が成立つ。

<数式５>
Ｐ０（ｔ）＝Ｔ０（ｔ）・Ｐｉ０（ｔ） （５）

ここで、数式５の発電電力Ｐｉ０（ｔ）は、上記の太陽定数で定まる理想日射強度Ｓｉ０（ｔ）と、理想関数格納領域３２１６Ｅに格納される理想関数により求めることが可能である。

日射透過率Ｔ０（ｔ）は、雲の状態（薄い雲か、厚い雲か）などの気象の状態により定まる値である。

風速を予測した第１実施形態の場合と同様に、サイト６００ａにおけるサイト６００ｂ〜６００ｄの気象変動は、おおよそ時間差τ１〜τ３の経過時に現れるものと考えられるから、６００ａの時刻（ｔ＋Δｔ）における日射透過率Ｔ０（ｔ＋Δｔ）は、近似的に、以下の数式６で表すことができる。

<数式６>
Ｔ０（ｔ＋Δｔ）≒ｃ１・Ｔ１（ｔ−τ１＋Δｔ）
＋ｃ２・Ｔ２（ｔ−τ２＋Δｔ）
＋ｃ３・Ｔ３（ｔ−τ３＋Δｔ） （６）
ｃ１〜ｃ３：各サイトの影響を示す係数

なお、各サイトにおける日射透過率Ｔ１〜Ｔ３は、気象計測データ３２４０の日射量格納領域３２４７に格納される日射量の値から、太陽定数で定まる理想日射強度に対する日射強度の比で求めることが可能である。

気象予測部４１３は、このようにして各サイトの予測時刻ｔにおける、理想日射強度Ｓｉ、日射透過率Ｔ、および、日射強度Ｓｉを求め、気象予測データ４２５０に格納する。

発電予測部４１４は、気象予測データ４２５０に基づき、予測時刻ｔにおける各サイトの発電電力を予測する。

具体的に、発電予測部４１４は、予測時刻ｔにおける予測対象サイトの日照強度の値と、太陽光発電サイトのサイト数、各サイトの備える発電装置の数および特性と、を用いて、予測対象サイトの出力予測値を算出する。

以上のような構成により、本発明の第二の実施形態にかかる制御システム２によれば、予測対象のサイトにおける気象状況を、比較対象のサイトにおける気象状況から予測することによって、太陽光発電を含むサイトに対しても、より短い周期で現実の気象状況に則した指令値を得る事が可能である。

また、本発明の適用は、上記のような実施形態には制限されない。上記の実施形態は、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変形が可能である。

例えば、風力発電サイトに日射計を設置することにより、太陽光発電サイトの気象状況を予測する際、比較対象に風力発電サイトを選択した場合でも日射透過率を求めることもできる。

また、風力発電サイトに小型の太陽光パネルを設置して、太陽光発電サイトと同様の方法で風力発電サイトの日射透過率を求めても良い。

さらに、サイト群が太陽光発電サイトのみから形成される場合でも、本発明を適用することが可能である。

１００：送配電線、２００：通信線、３００：集中制御装置、５００：風力発電サイト、６００：太陽光発電サイト、５１０：風力発電装置、６１０：太陽光発電装置、５６０…電力計測装置、５７０…気象状況計測装置、８００…監視装置。

Claims (9)

1. 複数の自然エネルギー発電装置と、
   前記発電装置の出力を計測する電力計測装置と、
   気象状況を計測する気象状況計測装置と、
   前記発電装置からの出力を調整する監視装置と、
   を備える複数のサイトと、
   気象予報機関から提供される各サイト相当位置における気象予報を取得する処理と、
   前記気象予報に基づいて、各サイトおよび全サイトにおける出力計画値を算出する処理と、
   前記各サイトから、過去の気象状況を取得する処理と、
   各サイトに応じて定まる比較対象となるサイトの過去の気象状況と、当該過去の気象状況が前記各サイトへと到達する到達時刻の時間差と、季節の影響と、から、未来の所定の時刻における前記各サイトの気象状況を予測する処理と、
   予測された前記気象状況に基づいて、全サイトおよび各サイトにおける前記未来の所定の時刻における出力予測値を算出する処理と、
   前記未来の所定の時刻に応じた前記全サイトの出力計画値に対する、前記未来の所定の時刻における前記全サイトの出力予測値の偏差が、所定の値より小さい場合には前記出力予測値を、小さくない場合には前記偏差が所定の値以下となるよう補正した値を、全サイトの出力上限値として設定する処理と、
   前記全サイトの出力上限値を、各サイトの出力上限値として割り振る処理と、
   前記各サイトの出力上限値を、対応する監視装置に送信する処理と、
   を実行する集中制御装置と、を備え、
   前記管理装置は、サイト内の発電装置の出力の合計が、前記各サイトの出力上限値以下となるよう調整すること
   を特徴とする自然エネルギー発電制御システム。
2. 請求項１に記載の自然エネルギー発電制御システムであって、
   前記自然エネルギーが、風力であること、
   を特徴とする自然エネルギー発電制御システム。
3. 請求項２に記載の自然エネルギー発電制御システムであって、
   前記自然エネルギーが、太陽光であること
   を特徴とする自然エネルギー発電制御システム。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の自然エネルギー発電制御システムであって、
   前記到達時刻の時間差は、前記各サイトにおける過去の気圧変動から算出されること
   を特徴とする自然エネルギー発電制御システム。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の自然エネルギー発電制御システムであって、
   前記各サイトの出力上限値は、前記各サイトの出力予測値の割合に比例させて、前記全サイトの出力上限値を割り振ることで算出されること
   を特徴とする自然エネルギー発電制御システム。
6. 請求項２から５のいずれか一項に記載の自然エネルギー発電制御システムであって、
   前記季節の影響は、所定の季節区分における影響を示す所定の係数を、風速に掛けることで考慮されること
   を特徴とする自然エネルギー発電制御システム。
7. 請求項３から５のいずれか一項に記載の自然エネルギー発電制御システムであって、
   前記季節の影響は、所定の季節区分における影響を示す係数を、日射透過率に掛けることでこと
   を特徴とする自然エネルギー発電制御システム。
8. 複数の自然エネルギー発電装置と、気象状況を計測する気象状況計測装置と、前記発電装置からの出力を調整する監視装置と、を備える複数のサイトを制御する制御装置であって、
   気象予報機関から提供される各サイト相当位置における気象予報を取得する処理と、
   前記気象予報に基づいて、各サイトおよび全サイトにおける出力計画値を算出する処理と、
   前記各サイトから、過去の気象状況を取得する処理と、
   各サイトに応じて定まる比較対象となるサイトの過去の気象状況と、当該過去の気象状況が前記各サイトへと到達する到達時刻の時間差と、季節の影響と、から、未来の所定の時刻における前記各サイトの気象状況を予測する処理と、
   予測された前記気象状況に基づいて、全サイトおよび各サイトにおける前記未来の所定の時刻における出力予測値を算出する処理と、
   前記未来の所定の時刻に応じた前記全サイトの出力計画値に対する、前記未来の所定の時刻における前記全サイトの出力予測値の偏差が、所定の値より小さい場合には前記出力予測値を、小さくない場合には前記偏差が所定の値以下となるよう補正した値を、全サイトの出力上限値として設定する処理と、
   前記全サイトの出力上限値を、各サイトの出力上限値として割り振る処理と、
   前記各サイトの出力上限値を、対応する監視装置に送信する処理と、を実行すること
   を特徴とする制御装置。
9. 複数の自然エネルギー発電装置を備えるサイト群の制御方法であって、
   気象予報機関から提供される各サイト相当位置における気象予報を取得するステップと、
   前記気象予報に基づいて、各サイトおよび全サイトにおける出力計画値を算出する処理と、
   各サイトにおける気象状況を観測するステップと、
   各サイトに応じて定まる比較対象となるサイトの過去の気象状況と、当該過去の気象状況が前記各サイトへと到達する到達時刻の時間差と、季節の影響と、から、未来の所定の時刻における前記各サイトの気象状況を予測するステップと、
   予測された前記気象状況に基づいて、全サイトおよび各サイトにおける前記未来の所定の時刻における出力予測値を算出するステップと、
   前記未来の所定の時刻に応じた前記全サイトの出力計画値に対する、前記未来の所定の時刻における前記全サイトの出力予測値の偏差が、所定の値より小さい場合には前記出力予測値を、小さくない場合には前記偏差が所定の値以下となるよう補正した値を、全サイトの出力上限値として設定するステップと、
   前記全サイトの出力上限値を、各サイトの出力上限値として割り振るステップと、
   各サイトの出力を、前記各サイトの出力上限値以下となるよう調整するステップと
   を実行すること
   を特徴とする制御方法。

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