JP2015201950A - 蓄電池計画装置、電力システム、および蓄電池計画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機および蓄電池を利用する電力システムにおいて、電力需要および電力供給の不確定性があっても、電力システムか電力を安定的に供給できるような計画の立案を可能にする技術を提供する。
【解決手段】発電機と蓄電池を用いた電力システムにおける前記蓄電池の充放電計画を立案するための蓄電池計画装置は、予測される電力需要と予測される発電による電力供給とに基づき、電力需要が電力供給を超過する時間区間である発電不足区間を抽出する発電不足区間抽出手段と、発電不足区間において電力需要が電力供給を超過する分の電力に基づく不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができるか否か評価する蓄電池カバー可能性判定手段と、不足電力を蓄電池からの放電で賄うことができる場合に、発電不足区間の開始以前に、不足電力を供給できるだけの電力を蓄電池に蓄積しておくための充放電計画を立案する計画手段と、を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電池を備えた電力システムに関する。

本発明の技術分野における背景技術を開示する文献として特許文献１、２がある。

特許文献１の要約には、課題として「予想需要、運転計画の運用制約をもとに発電機の運転計画を作成するものが提案されているが、良好な解を得るには作成に長時間を要していると共に、電力貯蔵装置を考慮した運用計画のものは存在していない」と記載されている。そして、同じ特許文献１の要約に、その解決手段として「はじめに電力貯蔵装置を考慮せずに発電機の起動停止計画を決定し、続いて電力貯蔵装置を考慮せずに得られた計画に対して電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムを適用する」という方法が記載されている。

特許文献２には、「鉛蓄電池及び鉛蓄電池システムにおいて、電池状態測定部と、ＳＯＣモデルと、電池状態測定部によって測定した情報とＳＯＣモデル情報からＳＯＣを推定するＳＯＣ推定部と、鉛蓄電池のＳＯＣの推移状況を記録するＳＯＣ推移ＤＢと、推定されたＳＯＣの値をＳＯＣ推移ＤＢに記録しＳＯＣの推移状況を調べるＳＯＣ推移履歴管理部と、鉛蓄電池の劣化モデルと、ＳＯＣ推移履歴管理部からのＳＯＣ推移状況および劣化モデルの情報をもとに最適な鉛蓄電池の実施方式を計画する均等充電最適計画部と、ＳＯＣ推移情報・均等充電情報出力部と、均等充電最適計画部により決められた計画に従って鉛蓄電池の均等充電を実施する均等充電制御部を設ける」と記載されている。ＳＯＣはＳｔｅｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅである。

特開２００５−１０２３５７号公報 特開２０１２−０３７４６４号公報

再生可能エネルギーを有効に活用するために、電力需要に対し、再生可能エネルギーと、その他の水力や火力などのエネルギーと、蓄電池からのエネルギーとを用いて、安定的に電力を供給することが求められる。

特許文献１の技術は火力発電を前提とし、上述のように、まず電力貯蔵装置を考慮せずに火力発電機の起動停止計画を決定し、その起動停止計画に対して、電力貯蔵装置を考慮したアルゴリズムを適用するものである。つまり、特許文献１の技術は、風力など発電量の変動が激しく不確実性の高い再生可能エネルギーを意図しておらず、その不確実性に追従できない。

また、特許文献２の技術は、再生可能エネルギーの変動を緩和するが、その他のエネルギーの計画立案を支援しない。

本発明の目的は、発電機および蓄電池を利用する電力システムにおいて、電力需要および電力供給の不確定性があっても、電力システムか電力を安定的に供給できるような計画の立案を可能にする技術を提供することである。

本発明の一態様による蓄電池計画装置は、発電機と蓄電池を用いた電力システムにおける前記蓄電池の充放電計画を立案するための蓄電池計画装置であって、予測される電力需要と予測される発電による電力供給とに基づき、前記電力需要が前記電力供給を超過する時間区間である発電不足区間を抽出する発電不足区間抽出手段と、前記発電不足区間において前記電力需要が前記電力供給を超過する分の電力に基づく不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができるか否か評価する蓄電池カバー可能性判定手段と、前記不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができる場合に、前記発電不足区間の開始以前に、前記不足電力を供給できるだけの電力を前記蓄電池に蓄積しておくための充放電計画を立案する計画手段と、を有している。

本発明によれば、発電不足区間における不足電力を蓄電池によって賄えるか否か判定し、賄える場合には、発電不足区間の開始前に予め十分な電力を蓄電池に蓄積するように充放電計画を立案するので、電力需要あるいは電力供給の不確定性があっても、電力システムからは安定的な電力を供給できるような計画が立案可能である。

本実施形態の蓄電池計画部１００を用いた電力システムの構成の一例を示す図である。 本実施形態の蓄電池計画部１００の構成の一例を示す図である。 発電予測Ｆｗ（ｔ）と需要予測Ｆｄ（ｔ）の遷移の一例である。 蓄電池２１０の充放電の様子を示す図である。 蓄電池計画部１００の動作を示すフローチャートである。 計画を立案する対象時間について発電不足の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の例を示す図である。 火力発電計画部４００が、図６の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の情報を受け取った場合に立案する火力発電計画の一例を示す図である。 火力発電計画部４００が、図６の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の情報を受け取った場合に立案する火力発電計画の他の例を示す図である。 図８の火力発電計画から導かれる発電増強量Ｆｇ（ｔ）を発電予測に織り込んだ結果を示す図である。 火力発電による発電増強後の発電不足の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）を示す図である。 不足電力Ｓ（ｔ）の時間平均を用いる変形例について説明するための図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態では、再生可能エネルギーとその他の制御可能なエネルギーと蓄電池とを用いた電力システムの電力安定化を図る例を示す。ここでは、再生可能エネルギーとして風力発電を例に説明するが、そのほか、自然状況で発電量が変動する自然エネルギーである、太陽光、波力、潮流、地熱でも同様に蓄電池を用いた電力安定化を図ることができる。

図１は、本実施形態の蓄電池計画部１００を用いた電力システムの構成の一例を示す図である。

電力システムは、風力発電機３１０、風力発電制御部３００、火力発電機４１０、火力発電計画部４００、蓄電池２１０、蓄電池制御部２００、直流／交流変換器（ＤＣ／ＡＣ）２２０、蓄電池計画部１００、風力発電予測部５００、および需要予測部６００を有し、負荷７００に電力を供給している。各構成要素を接続する電力線８００を破線で、データをやり取りする信号線を実線で示している。電力線８００は、風力発電機３１０、火力発電機４１０、負荷７００、およびＤＣ／ＡＣ２２０を接続している。

蓄電池２１０は、蓄電池制御部２００の制御指令に従って、ＤＣ／ＡＣ２２０を介して電力線８００から電流を得て、指令充電量あるいは指令放電量の充放電を行う。ただし、蓄電池２１０の状態により、充電量が蓄電池制御部２００の指令充電量より少なくなる場合や、放電量が指令放電量より少なくなる場合がある。

蓄電池制御部２００は、蓄電池計画部１００より、その充放電計画である蓄電池充放電計画を受け取り、それに従って充放電するよう蓄電池２１０に対して制御指令を与える。

風力発電機３１０は、風力発電制御部３００の制御指令を受けて、制御指令および風力状況に応じて発電する。その際、風力発電機３１０は、発電しうる最大電力に対して、風力状況に応じて発電量を下げる方向の制御のみを受け付ける。なお、風力発電機３１０は実際には複数のユニットに分かれていても、ここでは一つの発電機として考えて良い。

風力発電制御部３００は、蓄電池計画部１００より風力発電計画を受け取り、それに従って発電するよう風力発電機３１０に制御指令を与える。

火力発電機４１０は、火力発電計画部４００の制御指令を受けて発電する。火力発電機４１０は、複数のユニットからなり、それぞれのユニットは、起動開始から実際に発電を開始するまでに時間がかかり、また停止してから一定時間は起動できないといった制約がある。その制約値はユニット毎に異なる。

火力発電計画部４００は、蓄電池計画部１００より風力発電計画と蓄電池充放電計画を受け取り、それを元に火力発電計画を作成し、火力発電計画を蓄電池計画部１００に出力する。

蓄電池計画部１００は、風力発電予測部５００から発電予測を受け取り、需要予測部６００から将来の需要予測を受け取り、蓄電池制御部２００から蓄電池２１０の蓄電状態の情報（蓄電池情報）を受け取り、風力発電計画と蓄電池充放電計画を作成する。そして、蓄電池計画部１００は、作成した風力発電計画と蓄電池充放電計画を火力発電計画部４００に送り、それに基づく火力発電計画を火力発電計画部４００から受けて、再度、風力発電計画と蓄電池充放電計画を作成して、蓄電池制御部２００と風力発電制御部３００にそれぞれ渡す。

図２は、本実施形態の蓄電池計画部１００の構成の一例を示す図である。

図中の破線で囲った部分が蓄電池計画部１００である。蓄電池計画部１００は、発電不足区間抽出部１０１、蓄電池カバー可能性判定部１１０、および発電計画部１０５を有している。蓄電池カバー可能性判定部１１０は、不足量・放電量上限判定部１０２、不足容量・蓄電容量判定部１０３、および事前蓄電可能性判定部１０４を有している。

まず、蓄電池計画部１００の概略動作について説明する。

蓄電池計画部１００は、風力発電機３１０や火力発電機４１０などの発電機と蓄電池２１０とを用いた電力システムにおける蓄電池２１０の充放電計画を立案するための装置である。

発電不足区間抽出部１０１は、予測される電力需要と予測される発電機の発電による電力供給とに基づき、電力需要が発電による電力供給を超過する時間区間である発電不足区間を抽出する。

蓄電池カバー可能性判定部１１０は、発電不足区間において電力需要が電力供給を超過する分の電力である不足電力を、蓄電池２１０からの放電で賄うことができるか否か判定する。

発電計画部１０５は、不足電力を蓄電池２１０からの放電で賄うことができる場合に、発電不足区間の開始以前に、その不足電力を供給できるだけの電力を蓄電池２１０に蓄積しておくための充放電計画と発電計画を立案する。

以上のように、発電不足区間における不足電力を蓄電池２１０によって賄えるか否か判定し、賄える場合には、発電不足区間の開始前に予め十分な電力を蓄電池２１０に蓄積するように発電計画を立案するので、電力需要および電力供給の不確定性があっても安定的な電力を負荷に供給できるような計画が立案可能である。

不足量・放電量上限判定部１０２は、発電不足区間にわたって、不足電力が蓄電池２１０の最大の放電電力を超えるか否か判定する。

不足容量・蓄電容量判定部１０３は、発電不足区間にわたって不足電力が蓄電池２１０の最大の放電電力以下であると判定されると、発電不足区間の不足電力の電力容量が蓄電池２１０の蓄電容量を超えるか否か判定する。

事前蓄電可能性判定部１０４は、発電不足区間の不足電力の電力容量が蓄電池２１０の蓄電容量以下であると判定されると、発電不足区間の開始以前に、不足電力の電力容量に基づき定まる放電準備容量が蓄電池２１０に蓄積されている状態にすることが可能か否か判定する。

そして、蓄電池カバー可能性判定部１１０としては、発電不足区間の開始以前に、放電準備容量が蓄電池２１０に蓄積されている状態にすることが可能と判定されたならば、発電不足区間において不足電力を蓄電池２１０からの放電で賄うことができると判定する。

このように、不足量・放電量上限判定部１０２により、各時点における電力として不足電力が蓄電池の最大の放電電力を超える場合に蓄電池２１０ではカバーできないことを判断できる。不足容量・蓄電容量判定部１０３により、発電不足区間の不足電力の総電力容量として、不足電力の電力容量が蓄電池２１０の放電電力の電力容量を超える場合に蓄電池ではカバーできないと判断できる。事前蓄電可能性判定部１０４により、発電不足区間になる前に、不足電力を賄うための電力容量を蓄電池２１０に蓄積できない場合に蓄電池２１０ではカバーできないと判断できる。

また、最初に各時点における電力の判定を行い、その判定で、蓄電池２１０でカバーできないと判定されなかった場合に、次の積算が必要な電力容量の判定を行い、その判定で、蓄電池２１０でカバーできないと判定されなかった場合に、次の事前の十分な充電が可能な否かの判定を行うので、蓄電池２１０でカバーできるか否かを効率よく判断することができる。

なお、発電不足区間抽出部１０１は、電力需要が発電機の発電する電力より大きくなる時刻から、電力需要が発電機の発電する電力より小さくなる時刻までを、発電不足区間として抽出する。

不足量・放電量上限判定部１０２は、発電不足区間に含まれる所定時間間隔の各時刻における不足電力と蓄電池２１０の最大の放電電力とを比較し、全ての時刻において、不足電力が蓄電池２１０の最大の放電電力以下であるか否か判定する。

不足容量・蓄電容量判定部１０３は、発電不足区間における不足電力を積算することにより電力容量を算出し、電力容量と蓄電池２１０の蓄電容量と比較する。

事前蓄電可能性判定部１０４は、発電不足区間の開始時刻から所定時間間隔毎に遡って、蓄電池２１０に充電可能な電力を積算していき、発電不足区間のひとつ前の発電不足区間の終了時刻に達する前に、積算値が放電準備容量に達するのであれば、発電不足区間の開始以前に放電準備容量が蓄電池２１０に蓄積されている状態にすることが可能と判定する。

また、蓄電池カバー可能性判定部１０４が、発電不足区間における不足電力を蓄電池２１０からの放電で賄うことができる可能性を示す蓄電池カバー可能性の値を算出し、その蓄電池カバー可能性に基づいて発電機の発電計画が変更された場合には、発電不足区間抽出部１０１は、予測される発電による電力供給に発電計画の変更を適用して発電不足区間を再度抽出することにしてもよい。これにより発電計画が変更された場合に再び発電不足区間の抽出を行い、その後の処理をやり直すことができる。

次に、蓄電池計画部１００の詳細動作について説明する。

図３は、発電予測Ｆｗ（ｔ）と需要予測Ｆｄ（ｔ）の遷移の一例である。発電不足区間を決める発電不足は以下のように定義する。

発電予測Ｆｗ（ｔ）≧需要予測Ｆｄ（ｔ）のときは発電不足でない。

発電予測Ｆｗ（ｔ）＜需要予測Ｆｄ（ｔ）のときは発電不足である。

再び図２を参照し、発電不足区間抽出部１０１は、計画立案の対象期間についての発電予測Ｆｗ（ｔ）と需要予測Ｆｄ（ｔ）を受けて、発電不足区間を抽出し、不足量・放電量上限判定部１０２に渡す。それぞれの発電不足区間は発電不足となり始めた時刻ｔｓ＿ｉから発電不足でなくなる時刻ｔｅ＿ｉで示す。計画立案の対象期間の中に発電不足区間が複数存在する場合もある。

計画立案の対象期間は、たとえば明日の１日間など、予測の単位として、一定時間後から始まる一定期間の単位で予測すればよい。

発電不足区間抽出部１０１は、発電不足でない期間については蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）＝１００として出力する。

不足量・放電量上限判定部１０２は、発電不足区間ｔ＝［ｔｓ＿ｉ，ｔｅ＿ｉ］を受けて、単位時間ｔごとに、不足電力を蓄電池２１０の単位時間当たりの放電最大量（放電量上限）と比較する。

不足電力Ｓ（ｔ）＞放電量上限となる時刻があれば、その時刻は蓄電池２１０では発電不足をまかなえないため、蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）＝０とし、それ以外の時刻は０と１００の間の値となる。例えば、蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）が０でも１００でもない時刻については、一様に、蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）＝５０とすることにしてもよい。あるいは、放電量上限に対する不足電力Ｓ（ｔ）の比に基づいて蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の値を決めることしてもよい。

不足量・放電量上限判定部１０２が出力する蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の値は、発電不足区間抽出部１０１が出力した蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の値を上書きする。

不足容量・蓄電容量判定部１０３は、発電不足区間ｔ＝［ｔｓ＿ｉ，ｔｅ＿ｉ］を受けて、発電不足区間を通して必要な電力容量Ｐ＝∫不足電力Ｓ（ｔ）を算出し、蓄電池２１０の蓄電容量を受けて、算出した必要な電力容量と比較する。蓄電池２１０の蓄電容量の方が小さければ、蓄電池２１０では発電不足をまかなえないため、ｔ＝［ｔｓ＿ｉ，ｔｅ＿ｉ］について蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）＝０として出力する。

不足容量・蓄電容量判定部１０３が出力する蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の値は、不足量・放電量上限判定部１０２が出力した蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の値を上書きする。

事前蓄電可能性判定部１０４は、Ａｂ（ｔ）＞０の期間について、不足容量・蓄電容量判定部１０３の判定結果を受けて、蓄電池２１０で発電不足をまかなえる場合、電力不足期間が始まる時刻ｔ＝ｔｓに蓄電池２１０に電力容量Ｐ（Ａｈ）以上が蓄電できるかどうかを調べる。詳しくは後述する。

電力不足期間が始まる時刻ｔ＝ｔｓに蓄電池２１０に電力容量Ｐ（Ａｈ）以上が蓄電できないと判定すると、事前蓄電可能性判定部１０４は、ｔ＝［ｔｓ＿ｉ，ｔｅ＿ｉ］について蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）＝０として出力する。

あるいは他の例として、事前蓄電可能性判定部１０４は、ｔ＝［ｔｓ＿ｉ，ｔｅ＿ｉ］について、時刻ｔ＝ｔｓから、∫不足電力Ｓ（ｔ）＝蓄電池２１０で賄える容量となる時刻ｔ＝ｔｍまでの期間を、蓄電池２１０で賄える期間とし、それ以降の時刻についてＡｂ（ｔ）＝０として出力することにしても良い。

ここまでの処理により、電力不足が始まる時刻ｔ＝ｔｓまでに蓄電池２１０に蓄積しておくべき電力容量が決定される。続いて、そのための充電計画と、その充電計画による充電を可能にする風力発電計画を作成することとなる。

発電計画部１０５は、対象とする期間についての発電予測Ｆｗ（ｔ）と需要予測Ｆｄ（ｔ）を受けて、充電計画Ｃ（ｔ）と風力発電計画を作成する。この発電予測Ｆｗ（ｔ）は、風力発電機３１０が発電できる最大の電力（単位時間当たりの電力容量）である。需要予測Ｆｄ（ｔ）は需要電力（単位時間当たりの電力容量）の予測値である。

風力発電計画および充電計画は、風力発電計画Ｐｗ（ｔ）＝需要予測Ｆｄ（ｔ）＋充電計画Ｃ（ｔ）として策定される。

蓄電池制御部２００、風力発電制御部３００、火力発電計画部４００は、図１で説明したとおりである。

ここで、事前蓄電可能性判定部１０４における充電計画Ｃ（ｔ）の策定のための探索方法について説明する。ここでは、目標充電容量Ｐｏ＝−∫不足電力Ｓ（ｔ）とする。まず、探索に先立ち、充電容量Ｐｔ＝０に初期化する。次にｔ＝ｔｓから遡って単位時間毎に発電予測Ｆｗ（ｔ）−需要予測Ｆｄ（ｔ）を算出し、充電上限値と比較して小さい方の値を充電量Ｐｔに足しこむ。充電上限値は、蓄電池が単位時間に充電できる上限の電力容量である。

充電量Ｐｔが目標充電量Ｐｏに達したら、その時刻ｔｃを、充電開始時刻とする。時間に余裕を持たせるためには、ｔ＝ｔｓより早い時刻ｔ＝ｔｓ−ｔｍから探索を開始すると良い。もし、ｔ＝ｔｓから遡って単位時間毎に発電予測Ｆｗ（ｔ）−需要予測Ｆｄ（ｔ）を算出する際に、充電容量Ｐｔが目標充電容量Ｐｏに達する前に、発電予測Ｆｗ（ｔ）−需要予測Ｆｄ（ｔ）＜０となってしまう場合は、充電計画Ｃ（ｔ）の策定できないとする。

また、別の探索方法として以下のような方法がある。

図４は、蓄電池２１０の充放電の様子を示す図である。

蓄電池２１０の定常時のＳＯＣを、蓄電池２１０をできるだけ劣化させず、かつ、できるだけ大きい値に定め、その値をＳＯＣｏとする。蓄電池２１０をできるだけ劣化させないために、図４の太線に示すように、ＳＯＣがなるべくＳＯＣｏ付近となるようにＳＯＣの充放電を行うと良い。そのためには、ＳＯＣを以下に示す範囲で充放電するようにする。

不足電力を蓄電池２１０の放電で賄えるようにするための目標充電量をＰｏとする。目標充電量Ｐｏを蓄電池２１０の充電総容量で割ると蓄電池２１０のＳＯＣに換算した充電量ΔＳＯＣ（Ｐｏ）を得られる。ここでは簡単のため蓄電池２１０のＳＯＣの充電上限を１００とし、放電下限を０とする。上述のように定常時のＳＯＣ値はＳＯＣｏである。

蓄電池２１０の充放電計画の策定においては、ＳＯＣｏとＰｏの関係がＳＯＣｏ＋ΔＳＯＣ（Ｐｏ）／２＞１００となる場合は、時刻Ｔｓ＿ｉでのＳＯＣがＳｍａｘ＝１００となり、時刻Ｔｅ＿ｉでのＳＯＣがＳｍｉｎ＝１００−ΔＳＯＣ（Ｐｏ）となるような充放電計画を策定する。

また、ＳＯＣｏとＰｏの関係がＳＯＣｏ−ΔＳＯＣ（Ｐｏ）／２＜０となる場合は、時刻Ｔｅ＿ｉでのＳＯＣがＳｍｉｎ＝０となり、時刻Ｔｓ＿ｉでのＳＯＣがＳｍａｘ＝ΔＳＯＣ（Ｐｏ）となるような充放電計画を策定する。

ＳＯＣｏとＰｏの関係が上記のどちらでもない場合は、ＳＯＣがＳＯＣｏ±ΔＳＯＣ（Ｐｏ）／２の範囲となるように、時刻Ｔｓ＿ｉでのＳＯＣがＳｍａｘ＝ＳＯＣｏ＋ΔＳＯＣ（Ｐｏ）／２となり、時刻Ｔｅ＿ｉでのＳＯＣがＳｍｉｎ＝ＳＯＣｏ−ΔＳＯＣ（Ｐｏ）／２となるように、充放電計画を策定する。

なお、ＳＯＣの範囲に制限がある場合にも、その制限内を［０−１００］に正規化して同様に行える。

図５は、蓄電池計画部１００の動作を示すフローチャートである。

まず、手順１で、発電不足区間抽出部１０１により発電予測、需要予測の入力受け付けを行う。次に手順２で、発電不足区間抽出部１０１により発電不足区間抽出を行う。図３の例により後述する。発電不足区間が複数抽出された場合、手順３で、発電不足区間毎に手順４〜６を繰り返す。全ての区間について処理が終われば、手順７に進む。

手順４で、不足量・放電量上限判定部１０２により、不足電力Ｓ（ｔ）＜放電電力上限の判定を行う。詳しくは図３の例で後述する。

手順５で、事前蓄電可能性判定部１０４により、∫不足電力Ｓ（ｔ）＞蓄電容量か否かの判定を行う。詳しくは図３の例で後述する。

手順６で、事前蓄電可能性判定部１０４により判定を行う。

手順７で、蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の出力を行い、手順８で、発電増強区間と発電増強量Ｆｇ（ｔ）の入力受け付けを行う。例は図９を用いて後述する。

入力された発電増強量Ｆｇ（ｔ）を発電予測に織り込むと不足電力Ｓ（ｔ）が変化するため、再度、手順２から手順８を繰り返して蓄電池カバー率を計算する。手順９では、再計算すべきか否か判定を行う。

最後に手順１０で、蓄電池充放電計画と風力発電計画の出力を行う。

図５の手順２で抽出された発電不足区間を、時刻ｔ＝［ｔｓ，ｔｅ］と表すことにする。

図５の手順４における時刻ｔでの不足電力Ｓ（ｔ）は、Ｓ（ｔ）＝需要予測Ｆｄ（ｔ）−発電予測Ｆｗ（ｔ）で定義される。

図５の手順５での∫不足電力Ｓ（ｔ）は、時刻ｔ＝［ｔｓ，ｔｅ］の区間でＳ（ｔ）を積分した値であり、時刻ｔ＝［ｔｓ，ｔｅ］の期間において不足する電力容量である。

図６は、計画を立案する対象時間について発電不足の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の例を示す図である。

図７は、火力発電計画部４００が、図６の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の情報を受け取った場合に立案する火力発電計画の一例を示す図である。図８は、火力発電計画部４００が、図６の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）の情報を受け取った場合に立案する火力発電計画の他の例を示す図である。ここでは、火力発電機４１０には４つのユニットが含まれている。

例えば、蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）が５０％以下の場合に、不足する容量の５０％以上を賄うように火力発電計画を立てることにしてあれば、図７の火力発電計画が立案される。また、火力発電機４１０は、停止してから一定時間は起動できないといった制約がるとすれば、この制約から図７の火力発電計画を見直し、最終的に図８のような火力発電計画が策定される。なお、ここに示した計画立案手法は一例であり、これ以外の手法で火力発電計画を立案することにしてもよい。ここでは、火力発電を増加する方向のみに計画を策定している。

図９は、図８の火力発電計画から導かれる発電増強量Ｆｇ（ｔ）を発電予測に織り込んだ結果を示す図である。発電増強量Ｆｇ（ｔ）を発電予測に織り込むことで不足電力Ｓ（ｔ）が少なくなるため、図５の手順９において再計算が必要と判定され、手順２以降が繰り返される。

図１０は、火力発電による発電増強後の発電不足の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）を示す図である。発電増強前の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）を一点鎖線で示し、発電増強後の蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）を太い実線で示している。発電増強により発電予測Ｆｗ（ｔ）が上昇し、不足電力Ｓ（ｔ）が減少するので、蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）は上昇する。

風力発電は、実際の発電電力の値が予測値から時間的にずれやすいという特徴がある。そこで、その特徴を考慮した変形例として、発電予測Ｆｗ（ｔ）に基づく不足電力Ｓ（ｔ）の時間平均をとった平均値を用いることで、その時間的な変動の影響を緩和することにしてもよい。

図１１は、不足電力Ｓ（ｔ）の時間平均を用いる変形例について説明するための図である。

発電予測の時間変動が大きいと予測される場合、発電予測の値が時間的に前後にずれることを考慮し、例えば不足量・放電量上限判定部１０２が時刻ｔを中心としてその前後の所定時間ｍの平均値Ｍ（ｔ）を（式１）によって計算する。そして、不足量・放電量上限判定部１０２、不足容量・蓄電容量判定部１０３、および事前蓄電可能性判定部１０４は、不足電力Ｓ（ｔ）の代わりに平均値Ｍ（ｔ）を用いる。平均をとることで不足電力の時間的な変動を吸収することができる。そして、発電不足区間の開始時刻ｔ＝ｔｓまでに不足電力の電力容量を蓄電池２１０に蓄積可能であると判断されたら、事前蓄電可能性判定部１０４は、発電不足区間についての蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）として所定値、一例として固定値の５０％を出力する。

あるいは、更に他の変形例として、発電予測の変動の影響を考慮するために、不足電力Ｓ（ｔ）の標準偏差σ（ｔ）を算出し、平均値Ｍ（ｔ）と標準偏差σ（ｔ）を用いて変動の影響を考慮に入れた演算をすることにしてもよい。標準偏差σ（ｔ）は式（２）によって計算することができる。

ここでは不足電力Ｓ（ｔ）の変動は正規分布であるとする。まず蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）として必要な値を決める。Ａｂ（ｔ）＝平均値＋ｃ×標準偏差と表すことができる。そして、不足電力Ｓ（ｔ）＝Ｆｗ（ｔ＋ｋ）−Ｆｄ（ｔ）が平均値Ｍ（ｔ）より大きい側（電力が不足する側）にずれた場合に、その不足電力Ｓ（ｔ）が蓄電池２１０によってカバーされる可能性が予め定めたＡｂ（ｔ）以内となる不足電力Ｓ（ｔ）の上限値を求める。不足量・放電量上限判定部１０２が、その求めた上限値を用いて判定を行えばよい。事前蓄電可能性判定部１０４は、発電不足区間についての蓄電池カバー可能性Ａｂ（ｔ）として、予め定めた値を出力すればよい。

例えば分かり易い例として、必要な蓄電池カバー可能性をＡｂ（ｔ）＝正規分布平均５０＋正規分布標準偏差σ（ｔ）／２＝５０＋６８．２７／２％と定めたとする。その場合には上限値として平均値Ｍ（ｔ）＋標準偏差σ（ｔ）を用いればよい。

以上、上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１００…蓄電池計画部、１０１…発電不足区間抽出部、１０２…不足量・放電量上限判定部、１０３…不足容量・蓄電容量判定部、１０４…事前蓄電可能性判定部、１０４…蓄電池カバー可能性判定部、１０５…発電計画部、１１０…蓄電池カバー可能性判定部、２００…蓄電池制御部、２１０…蓄電池、２２０…ＤＣ／ＡＣ、３００…風力発電制御部、３１０…風力発電機、４００…火力発電計画部、４１０…火力発電機、５００…風力発電予測部、６００…需要予測部、７００…負荷、８００…電力線

Claims (13)

1. 発電機と蓄電池を用いた電力システムにおける前記蓄電池の充放電計画を立案するための蓄電池計画装置であって、
   予測される電力需要と予測される発電による電力供給とに基づき、前記電力需要が前記電力供給を超過する時間区間である発電不足区間を抽出する発電不足区間抽出手段と、
   前記発電不足区間において前記電力需要が前記電力供給を超過する分の電力に基づく不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができるか否か評価する蓄電池カバー可能性判定手段と、
   前記不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができる場合に、前記発電不足区間の開始以前に、前記不足電力を供給できるだけの電力を前記蓄電池に蓄積しておくための充放電計画を立案する計画手段と、を有する蓄電池計画装置。
2. 前記蓄電池カバー可能性判定手段は、
   前記発電不足区間にわたって、前記不足電力が前記蓄電池の上限の放電電力を超えるか否か判定する不足量・放電量上限判定手段を有する、
   請求項１に記載の蓄電池計画装置。
3. 前記蓄電池カバー可能性判定手段は、
   前記発電不足区間の前記不足電力の電力容量が前記蓄電池の蓄電容量を超えるか否か判定する不足容量・蓄電容量判定手段と、を有する、
   請求項１に記載の蓄電池計画装置。
4. 前記蓄電池カバー可能性判定手段は、
   前記発電不足区間の開始以前に、前記不足電力の電力容量に基づき定まる放電準備容量が前記蓄電池に蓄積されている状態にすることが可能か否か判定する事前蓄電可能性判定手段、を有する、
   請求項１に記載の蓄電池計画装置。
5. 前記蓄電池カバー可能性判定手段は、
   前記発電不足区間にわたって、前記不足電力が前記蓄電池の上限の放電電力を超えるか否か判定する不足量・放電量上限判定手段と、
   前記発電不足区間にわたって前記不足電力が前記蓄電池の上限の放電電力以下であると判定されると、前記発電不足区間の前記不足電力の電力容量が前記蓄電池の蓄電容量を超えるか否か判定する不足容量・蓄電容量判定手段と、
   前記発電不足区間の前記不足電力の電力容量が前記蓄電池の蓄電容量以下であると判定されると、前記発電不足区間の開始以前に、前記不足電力の電力容量に基づき定まる放電準備容量が前記蓄電池に蓄積されている状態にすることが可能か否か判定する事前蓄電可能性判定手段と、を有し、
   前記発電不足区間の開始以前に、前記放電準備容量が前記蓄電池に蓄積されている状態にすることが可能と判定されたならば、前記発電不足区間において前記不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができると判定する、
   請求項１に記載の蓄電池計画装置。
6. 前記不足量・放電量上限判定手段は、
   前記発電不足区間に含まれる所定時間間隔の各時刻における前記不足電力と前記蓄電池の上限の放電電力とを比較し、全ての前記時刻において、前記不足電力が前記蓄電池の上限の放電電力以下であるか否か判定する、
   請求項２または５に記載の蓄電池計画装置。
7. 前記不足容量・蓄電容量判定手段は、
   前記発電不足区間における前記不足電力を積算することにより前記電力容量を算出し、前記電力容量と前記前記蓄電池の蓄電容量と比較する、
   請求項３または５に記載の蓄電池計画装置。
8. 前記事前蓄電可能性判定手段は、
   前記発電不足区間の開始時刻から所定時間間隔毎に遡って、前記蓄電池に充電可能な電力を積算していき、前記発電不足区間のひとつ前の発電不足区間の終了時刻に達する前に、積算値が前記放電準備容量に達するのであれば、前記発電不足区間の開始以前に前記放電準備容量が前記蓄電池に蓄積されている状態にすることが可能と判定する、
   請求項４または５に記載の蓄電池計画装置。
9. 前記蓄電池カバー可能性判定手段が、前記発電不足区間における前記不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができる可能性を示す蓄電池カバー可能性の値を算出し、
   前記蓄電池カバー可能性に基づいて前記発電機の発電計画が変更された場合には、前記発電不足区間抽出手段は、前記予測される発電による電力供給に前記発電計画の変更を適用して前記発電不足区間を再度抽出する、
   請求項１に記載の蓄電池計画装置。
10. 前記不足電力として、前記電力需要が前記電力供給を超過する分の電力の所定時間の平均値を用いる、請求項１に記載の蓄電計画装置。
11. 前記蓄電池カバー可能性判定手段は、前記不足電力の標準偏差に基づき、前記不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができるか否か判定する、請求項１に記載の蓄電計画装置。
12. 発電機と、
    前記発電機による電力供給の不足を補うための蓄電池と、
    前記蓄電池の充放電計画を立案するための蓄電池計画装置と、を有し、
    前記蓄電池計画装置は、
    予測される電力需要と予測される前記発電機の発電による電力供給とに基づき、前記電力需要が前記電力供給を超過する時間区間である発電不足区間を抽出する発電不足区間抽出手段と、
    前記発電不足区間において前記電力需要が前記電力供給を超過する分の電力に基づく不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができるか否か評価する蓄電池カバー可能性判定手段と、
    前記不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができる場合に、前記発電不足区間の開始以前に、前記不足電力を供給できるだけの電力を前記蓄電池に蓄積しておくための充放電計画を立案する計画手段と、を有する、
    電力システム。
13. 発電機と蓄電池を用いた電力システムにおける前記蓄電池の充放電計画を立案するための蓄電池計画方法であって、
    予測される電力需要と予測される発電による電力供給とに基づき、前記電力需要が前記電力供給を超過する時間区間である発電不足区間を抽出し、
    前記発電不足区間において前記電力需要が前記電力供給を超過する分の電力に基づく不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができるか否か評価し、
    前記不足電力を前記蓄電池からの放電で賄うことができる場合に、前記発電不足区間の開始以前に、前記不足電力を供給できるだけの電力を前記蓄電池に蓄積しておくための充放電計画を立案する、蓄電池計画方法。

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