JP2012085459A - 発電シミュレーション装置、発電シミュレーション方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】連系点のルートノードと、発電機器のリーフノードと、連系点から発電機器までの中間物の中間ノードとの親子関係を示し、各ノードでの電力の生成または減少の属性情報を有する木構造情報が記憶される木構造情報記憶部11、発電機器の発電割合に関する発電割合情報が少なくとも1日の時間帯ごとに記憶される発電割合情報記憶部12、属性情報と発電割合情報とを用い、発電機器が時間帯ごとに生成する電力量を算出し、生成される電力量の減少をリーフノードからルートノードまで計算することによって、木構造の各ノードに対応する電力量を時間帯ごとに取得するシミュレーション部14、取得された各ノードの時間帯ごとの電力量を蓄積する蓄積部15を備える。
【選択図】図1
Description
このような構成により、時期ごとに計算を行うため、1年を一括して計算した場合よりも、より正確な発電量を取得できる。さらに、例えば、蓄積された情報を用いることによって、より正確な1年間の発電量を知ることができうる。
また、本発明による発電シミュレーション装置では、時間帯は1時間であってもよい。
このような構成により、例えば、ノードの存在しない箇所においても発電量を取得できる。
このような構成により、電力を消費するリーフノードをも考慮したシミュレーションを行うことができるようになる。
このような構成により、蓄積された電力量が出力されることによって、例えば、その電力量をユーザが知ることができるようになる。
このような構成により、太陽電池の発電システムに関するシミュレーションを行うことができるようになる。
本発明の実施の形態1による発電シミュレーション装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態による発電シミュレーション装置は、木構造で示される発電システムに応じた電力量を算出するものである。
太陽電池の属性情報は、その太陽電池での発電量を計算するために用いられる情報であり、例えば、100%の発電時や標準試験条件の発電時の電圧、電流、太陽電池の法線方向の方位角、太陽電池の傾斜角等であってもよい。
ケーブルの属性情報は、そのケーブルでの電力の減少を計算するために用いられる情報であり、例えば、ケーブルの抵抗であってもよく、ケーブルの抵抗を算出するために用いられる情報(例えば、長さ、断面積、本数、材質等)であってもよい。
直交変換器の属性情報は、その直交変換器での電力の減少を計算するために用いられる情報であり、例えば、直流電圧、交流電圧、交流の配線方式(例えば、単相2線や、三相3線等)、変換効率であってもよい。電圧は、幅を有するものであってもよい。また、変換効率は、入力される直流電圧の幅ごとに設定されてもよい。
変圧器の属性情報は、その変圧器での電力の減少を計算するために用いられる情報であり、例えば、定格容量、無負荷損、負荷損、変圧比等であってもよい。なお、本実施の形態では、変圧器の変圧比は、リーフ側を一次電圧、ルート側を二次電圧とした場合の変圧比であるとする。すなわち、ルート側の電圧に変圧比を掛けたものがリーフ側の電圧になるものとする。このことは、リーフ側からルート側に電力が供給される場合にも、ルート側からリーフ側に電力が供給される場合にも同じであるとする。また、変圧器の属性情報に、ルート側の電圧が含まれていてもよい。タップ切り替えによって、ルート側の電圧を選択できる場合もあるからである。
電力を消費する電気機器の属性情報は、その電気機器での電力の消費量を計算するために用いられる情報であり、例えば、電圧、電流(あるいは、消費電力)、運転率等であってもよい。運転率とは、その電気機器が動作している平均の割合である。例えば、運転率が50%であれば、ある期間(例えば、1か月、1日、1時間等)において、50%の電力量が消費されることになる。
太陽電池については、その太陽電池に対応する属性情報(厳密に言えば、太陽電池に対応するリーフノードに対応する属性情報)に、標準試験条件の発電時の電流及び電圧、すなわち、公称出力電流及び公称出力電圧が含まれているものとする。また、前述のように、発電割合情報記憶部12において、太陽光が地上に到達する割合に応じた発電割合情報等が、一定の時期ごとに記憶されているものとする。例えば、曇りや雨であれば、晴天の場合と比較して太陽電池に到達する日射量が落ちることになる。したがって、過去の気象情報(例えば、過去20年間の気象情報)を用いて、一定の時期ごと(例えば、1週間ごと、1か月ごとなど)に、標準試験条件の日射量に対する過去の日射量の比率である日射比率を計算し、その比率(割合)を示す、気象に応じた発電割合情報があらかじめ発電割合情報記憶部12において記憶されているものとする。また、シミュレーション部14は、発電割合情報記憶部12で記憶されている発電割合情報を用いることによって、日時に応じた太陽高度(水平を0度、天頂を90度とする角度)と太陽の方位角とを取得できるものとする。太陽高度や方位角は、緯度・経度に応じて取得することができる。なお、緯度・経度と共に、高度に対応する太陽高度や方位角を取得してもよい。この取得は、例えば、太陽高度等を計算することによる取得であってもよく、あるいは、日時と、太陽の高度及び方位角とを対応付ける情報(例えば、図8参照)を用いた取得であってもよい。したがって、太陽高度等を取得するために用いられる太陽光線の方向に応じた発電割合情報は、例えば、太陽高度等を算出するための式であってもよく、あるいは、日時と、太陽の高度及び方位角とを対応付ける情報であってもよい。また、太陽電池に対応する属性情報には、太陽電池の法線方向の方位角や、太陽電池の傾斜角(水平を0度とする、水平に対する傾斜の角度)も含まれていてもよい。そして、シミュレーション部14は、例えば、ある時間帯について、太陽光線と、太陽電池の法線とのなす角度θの余弦(cosθ)を算出する。そして、その算出した余弦cosθと、太陽電池の発電量を算出したい時期の発電割合(日射比率)と、標準試験条件の発電時の電流とを掛けることによって、太陽電池が生成する電流を算出することができる。なお、太陽電池の電圧は、発電量に応じてほとんど変化しないため、標準試験条件の発電時の電圧を、発電された電圧として用いることにする。すなわち、太陽電池のルート側の電圧、電流は次式のようになる。
ルート側の電圧=公称出力電圧(V)
ルート側の電流=cosθ×(日射比率(%)/100)×公称出力電流(A)
その算出した電流と、標準試験条件の発電時の電圧とによって求められる電力量が、太陽電池の発電した電力量となる。なお、本来は、太陽電池の発電量は電力によって示されるものであるが、上位ノードでの算出において、電流や電圧の値が必要になることがあるため、前述のように、シミュレーション部14は、電圧や、算出した電流を図示しない記録媒体において記憶してもよい。また、ここで説明した算出方法は、日射がすべて直射日光に対応するものであると近似した簡易の計算方法である。日射を直達日射と、散乱日射とに分けた場合の計算方法については後述する。
ケーブルについては、そのケーブルに対応する属性情報を用いることによって、そのケーブルの抵抗(Ω)を取得することができるものとする。したがって、シミュレーション部14は、ケーブルの抵抗を取得する。そして、その取得した抵抗を用いて、次式によってケーブルによる電圧降下を算出することができる。また、シミュレーション部14は、ケーブルのリーフ側の電圧から、算出した電圧降下分を減算することによって、ケーブルのルート側の電圧を算出することができる。なお、ケーブルのルート側の電流は、ケーブルのリーフ側の電流と同じである。ケーブルのリーフ側に複数の子ノードが存在する場合には、ケーブルのリーフ側の電流は、それらの複数の子ノードのルート側の電流の合計となる。
ここで、Kは、配線方式(電気方式)に応じた係数であり、次のようになる。
配線方式 Kの値
直流2線式 2
交流単相2線式 2
交流単相3線式 1
交流三相3線式 31/2
交流三相4線式 1
ケーブルのルート側の電圧=D−K×R×E(V)
ケーブルのルート側の電流=E(A)
となる。
ケーブルのルート側の電圧=D+K×R×E(V)
ケーブルのルート側の電流=E(A)
となる。
直交変換器については、その直交変換器に対応する属性情報を参照することによって、その直交変換器の入力電圧、出力電圧、効率を知ることができる。したがって、それらを用いることによって、リーフ側の電圧や電流に対応するルート側の電圧や電流を算出することができる。なお、本実施の形態では、直交変換器のリーフ側が直流であり、ルート側が交流である場合について説明する。例えば、直交変換器の入力直流電圧が200〜600(V)、出力交流電圧がB(V)、効率がC(%)であり、その直交変換器のリーフ側の直流の電圧がD(V)、電流がE(A)である場合には、
直交変換器のルート側の電圧=B(V)
直交変換器のルート側の電流=D×E×(C/100)/B(A)
となる。ここで、Dは200〜600の範囲内に入っているものとする。
交直変換器のルート側の電圧=B(V)
交直変換器のルート側の電流=D×E×(100/C)/B(A)
となる。
本実施の形態において、接続箱では、電力の減少は起こらないものとする。したがって、その接続箱のリーフ側の電力を合計したものが、その接続箱のルート側の電力となる。電圧、電流を用いた計算の場合には、前述のように、
接続箱のルート側の電圧=接続箱のリーフ側の電圧(V)
接続箱のルート側の電流=接続箱のリーフ側の電流の合計(A)
となる。なお、接続箱の複数の子ノードのルート側の電圧は通常すべて同じである。なお、ダミー中間ノードや、連系点に対応するルートノードに関する計算も、接続箱と同様にして行うことができる。
変圧器については、その変圧器に対応する属性情報を用いて、次式によって変圧器での損失(W)を算出することができる。
損失(W)=無負荷損(W)+(入力比率)2×負荷損(W)
変圧器のルート側の電圧=D/N(V)
変圧器のルート側の電流=N×E−N×{F+(D×E/H)2×G}/D(A)
となる。
変圧器のルート側の電圧=D/N(V)
変圧器のルート側の電流=N×E+N×{F+(D×E/H)2×G}/D(A)
となる。
電力を消費する電気機器については、その電気機器に対応する属性情報に、電気機器の電圧(V)や、消費電力(W)、運転率(%)が含まれている。したがって、シミュレーション部14は、それらを用いることによって、その電気機器で消費される電圧(V)、電流(A)を知ることができる。例えば、電気機器の電圧をJ(V)、消費電力をL(W)、運転率をM(%)とすると、
電気機器のルート側の電圧=J(V)
電気機器のルート側の電流=L×(M/100)/J(A)
となる。
(ステップS101)シミュレーション部14は、シミュレーションを行うかどうか判断する。そして、シミュレーションを行う場合には、ステップS102に進み、そうでない場合には、ステップS104に進む。なお、シミュレーション部14は、例えば、受付部13がシミュレーションを行う旨の指示を受け付けた場合に、シミュレーションを行うと判断してもよい。
(ステップS201)シミュレーション部14は、木構造情報記憶部11で記憶されている木構造情報を用いて、各ノードの階層レベルを取得する。この階層レベルは、ルートノードを基準とするものである。また、子ノードの階層レベルは、その子ノードの親ノードの階層レベルよりも1だけ大きい値となる。本実施の形態では、ルートノードの階層レベルを「1」とする。なお、木構造の情報、例えば、ノード情報を用いて各ノードの階層レベルを取得する方法は、すでに公知であり、その説明を省略する。
また、この具体例の発電割合情報等は、この具体例の説明のために示したものであって、必ずしも実際の気象情報等にしたがったものではない。
ルート側の電圧=公称出力電圧(V)
ルート側の電流=P×{Q×cosθ+(1−Q)}×公称出力電流/1000(A)
したがって、シミュレーション部14は、前述の式に代えて、この式を用いて太陽電池の電力量を計算してもよい。
ケーブルのルート側の電圧=D(V)
ケーブルのルート側の電流=E−K×R×E2/D(A)
また、ケーブルのリーフ側に電力を消費する電気機器が存在する場合には、次式のようになる。
ケーブルのルート側の電圧=D(V)
ケーブルのルート側の電流=E+K×R×E2/D(A)
したがって、シミュレーション部14は、前述の式に代えて、これらの式を用いてケーブルの電力量を計算してもよい。
11 木構造情報記憶部
12 発電割合情報記憶部
13 受付部
14 シミュレーション部
15 蓄積部
16 シミュレーション結果記憶部
17 出力部
Claims (11)
- 連系点に対応するルートノードと、自然エネルギーの発電機器に対応するリーフノードと、前記連系点から前記発電機器までの経路に存在する物である中間物に対応する中間ノードとの親子関係を示す木構造の情報であり、各ノードに対応する電力の生成または減少に関する属性を示す属性情報を有する情報である木構造情報が記憶される木構造情報記憶部と、
前記発電機器の発電割合に関する情報である発電割合情報が少なくとも1日の時間帯ごとに記憶される発電割合情報記憶部と、
前記属性情報と前記発電割合情報とを用いて、前記発電機器が時間帯ごとに生成する電力量を算出し、当該生成される電力量の減少をリーフノードからルートノードまで計算することによって、前記木構造の各ノードに対応する電力量を時間帯ごとに取得するシミュレーション部と、
前記シミュレーション部が取得した各ノードの時間帯ごとの電力量を蓄積する蓄積部と、を備えた発電シミュレーション装置。 - 前記発電割合情報記憶部では、前記発電割合情報が1日の時間帯及び1年の時期ごとに記憶されており、
前記シミュレーション部は、前記木構造の各ノードに対応する電力量を時間帯及び時期ごとに取得し、
前記蓄積部は、各ノードの時間帯及び時期ごとの電力量を蓄積する、請求項1記載の発電シミュレーション装置。 - 前記時期は1日である、請求項2記載の発電シミュレーション装置。
- 前記時間帯は1時間である、請求項1から請求項3のいずれか記載の発電シミュレーション装置。
- 前記中間ノードには、対応する中間物が存在しない中間ノードであるダミー中間ノードが含まれる、請求項1から請求項4のいずれか記載の発電シミュレーション装置。
- 前記木構造情報は、同一の親ノードを親とする複数の同じ部分木構造が並列して前記木構造に存在する場合に、当該親ノードを親とする一の部分木構造を示す木構造の情報と、当該同じ部分木構造の個数を示す個数情報とを有するものであり、
前記シミュレーション部は、前記個数情報によって個数の示される部分構造木の親ノードにおける電力量を算出する際に、当該部分構造木のルートにおける電力量に、前記個数情報の示す個数を掛けた電力量を用いる、請求項1から請求項5のいずれか記載の発電シミュレーション装置。 - 前記木構造には、電力を消費する電気機器に対応するリーフノードが含まれ、
前記木構造情報は、当該リーフノードに対応する電力の消費に関する属性情報を有し、
前記シミュレーション部は、前記電気機器に対応するリーフノードに応じた電力量の減算を行う、請求項1から請求項6のいずれか記載の発電シミュレーション装置。 - 前記蓄積部が蓄積した電力量をノードごとに出力する出力部をさらに備えた、請求項1から請求項7のいずれか記載の発電シミュレーション装置。
- 前記発電機器は、太陽電池である、請求項1から請求項8のいずれか記載の発電シミュレーション装置。
- 連系点に対応するルートノードと、自然エネルギーの発電機器に対応するリーフノードと、前記連系点から前記発電機器までの経路に存在する物である中間物に対応する中間ノードとの親子関係を示す木構造の情報であり、各ノードに対応する電力の生成または減少に関する属性を示す属性情報を有する情報である木構造情報が記憶される木構造情報記憶部と、前記発電機器の発電割合に関する情報である発電割合情報が少なくとも1日の時間帯ごとに記憶される発電割合情報記憶部と、シミュレーション部と、蓄積部とを用いて処理される発電シミュレーション方法であって、
前記シミュレーション部が、前記属性情報と前記発電割合情報とを用いて、前記発電機器が時間帯ごとに生成する電力量を算出し、当該生成される電力量の減少をリーフノードからルートノードまで計算することによって、前記木構造の各ノードに対応する電力量を時間帯ごとに取得するシミュレーションステップと、
前記蓄積部が、前記シミュレーションステップで取得した各ノードの時間帯ごとの電力量を蓄積する蓄積ステップと、を備えた発電シミュレーション方法。 - 連系点に対応するルートノードと、自然エネルギーの発電機器に対応するリーフノードと、前記連系点から前記発電機器までの経路に存在する物である中間物に対応する中間ノードとの親子関係を示す木構造の情報であり、各ノードに対応する電力の生成または減少に関する属性を示す属性情報を有する情報である木構造情報が記憶される木構造情報記憶部と、前記発電機器の発電割合に関する情報である発電割合情報が少なくとも1日の時間帯ごとに記憶される発電割合情報記憶部とにアクセス可能なコンピュータを、
前記属性情報と前記発電割合情報とを用いて、前記発電機器が時間帯ごとに生成する電力量を算出し、当該生成される電力量の減少をリーフノードからルートノードまで計算することによって、前記木構造の各ノードに対応する電力量を時間帯ごとに取得するシミュレーション部、
前記シミュレーション部が取得した各ノードの時間帯ごとの電力量を蓄積する蓄積部として機能させるためのプログラム。
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