JP2016031621A - 太陽光発電量予測方法および太陽光発電量予測システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測位用衛星からの測位信号により観測点の位置を測定する汎地球衛星航法測位システムを用いて観測点に配置された太陽光発電機器での太陽光発電量を予測するシステムであって、精密単独測位法およびカルマンフィルタを適用して天頂大気遅延量を求める天頂大気遅延量演算部11と、この天頂大気遅延量にマッピング関数を用いて少なくとも3個の測位用衛星方向での第1視線遅延量をそれぞれ求める第1視線遅延量演算部12と、この第1視線遅延量を用いて所定時刻における太陽方向での第2視線遅延量を求める第2視線遅延量演算部13と、この第2視線遅延量および太陽の仰角から所定時刻での日射量を予測する日射量予測演算部14と、この予測された日射量から太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する太陽光発電量予測部15とを具備したものである。
【選択図】図2
Description
この太陽光発電量の予測方法は、気象予報データに基づいて大気中の水蒸気量および雲に関する物理気象モデルをシミュレーションすることで、雲の透過率を算出して予測地点での到達分光量を算出し、そしてこの分光量に基づき日射量を求めた後、この日射量に基づき太陽光による発電量を予測するものである。
そこで、本発明は、安価な方法で且つ短時間で太陽光発電量の予測を行い得る太陽光発電量予測方法および太陽光発電量予測システムを提供することを目的とする。
精密単独測位法およびカルマンフィルタを適用して観測点での天頂大気遅延量を求める工程と、
上記求められた天頂大気遅延量にマッピング関数を用いて少なくとも3個の測位用衛星方向での第1視線遅延量それぞれを求める工程と、
上記求められた第1視線遅延量を用いて所定時刻における太陽方向での第2視線遅延量を求める工程と、
上記求められた第2視線遅延量および太陽の仰角から所定時刻での日射量を予測する工程と、
上記予測された日射量から太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する工程とを具備する方法であり、
また上記第2視線遅延量を求める工程において、各測位用衛星方向での第1視線遅延量に、所定時刻での太陽方向の視線までの距離に応じた重み付けを乗算するとともに、これら乗算された各値の合計を第2視線遅延量となし、
且つ日射量を予測する工程において、予め取得された日射量と太陽方向での視線遅延量との計測データに基づき求められた、視線遅延量と太陽の仰角とから日射量を予測する日射量予測関数を用いて、所定時刻での日射量を予測する方法である。
精密単独測位法およびカルマンフィルタを適用して天頂大気遅延量を求める天頂大気遅延量演算部と、
上記求められた天頂大気遅延量にマッピング関数を用いて少なくとも3個の測位用衛星方向での第1視線遅延量をそれぞれ求める第1視線遅延量演算部と、
上記求められた第1視線遅延量を用いて所定時刻における太陽方向での第2視線遅延量を求める第2視線遅延量演算部と、
上記求められた第2視線遅延量および太陽の仰角から所定時刻での日射量を予測する日射量予測演算部と、
上記予測された日射量から太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する発電量予測部とを具備するものであり、
また上記第2視線遅延量演算部において、各測位用衛星方向での第1視線遅延量に、所定時刻での太陽方向の視線までの距離に応じた重み付けを乗算するとともに、これら乗算された各値の合計を第2視線遅延量となし、
且つ上記日射量予測演算部において、予め取得された日射量と太陽方向での視線遅延量との計測データに基づき求められた、視線遅延量と太陽の仰角とから日射量を予測する日射量予測関数を用いて、所定時刻での日射量を予測するようにしたものである。
本実施例では、これらの予測方法および予測システムを、太陽光発電とそれぞれディーゼルエンジンにより駆動される複数の発電機からなるディーゼル発電装置とから電力を得る発電設備に適用したものについて説明する。
すなわち、図1に示すように、この発電設備には、電力消費施設1に電力をそれぞれ供給する太陽光パネルなどの太陽光発電機器2およびディーゼル発電装置3と、GNSSにおける測位用衛星Sからの測位信号をアンテナ4aで受信して所定の測位データを出力するGNSS受信機(以下、単に、受信機と称す)4と、この受信機4で得られた測位データを入力して太陽光発電量を予測する予測システムとしての太陽光発電量予測装置5と、この太陽光発電量予測装置5にて予測された予測発電量を入力して上記ディーゼル発電装置3に制御指令を出力する発電制御装置6とが具備されている。勿論、ディーゼル発電装置3は、それぞれディーゼルエンジンにより駆動される複数台の発電機から構成されている。なお、発電制御装置6には、ディーゼル発電装置3の発電量を制御するために太陽光発電機器2での発電量およびディーゼル発電装置3での発電量がそれぞれ入力されている。
この太陽光発電量予測方法は、概略的には、測位用衛星からの測位信号により観測点の位置を測定する汎地球衛星航法測位システムを用いて観測点に配置された太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する予測方法であって、精密単独測位法およびカルマンフィルタを適用して観測点での天頂大気遅延量を求める工程と、上記求められた天頂大気遅延量にマッピング関数を用いて少なくとも3個の測位用衛星方向での第1視線遅延量(衛星方向視線遅延量とも言える)をそれぞれ求める工程と、上記求められた第1視線遅延量を用いて所定時刻における太陽方向での第2視線遅延量(太陽方向視線遅延量とも言える)を求める工程と、上記求められた第2視線遅延量および太陽の仰角から所定時刻での日射量を予測する工程と、上記予測された日射量から太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する工程とを具備する方法であり、
さらに第2視線遅延量を求める工程において、各測位用衛星方向での第1視線遅延量に、所定時刻での太陽方向の視線までの距離に応じた重み付けを乗算するとともに、これら乗算された各値の合計を第2視線遅延量となし、且つ日射量の予測工程において、予め取得された日射量と太陽方向での視線遅延量との計測データに基づき求められた、視線遅延量と太陽の仰角とから日射量を予測する日射量予測関数を用いて、所定時刻での日射量を予測する方法である。
まず、天頂大気遅延量(対流圏遅延量でもある)を求める手順について説明する。
ところで、GNSSにおける精密単独測位法は2周波の搬送波位相(L1,L2)を基本観測値として使用する方法であり、衛星軌道および衛星時計誤差については、電子基準局などから得られる精密暦(例えば、IGS精密暦などが相当する)を用い、また電離層遅延量については、2周波の線形結合すなわち電離層フリー線形結合を用いて消去される。なお、精密単独測位法を簡単に説明すると、電子基準局などから提供される高精度な衛星軌道および衛星時計誤差の推定値を用いるとともに、2周波の搬送波位相観測データを用いて、観測局だけで精密測位を行う方法である。
そして、天頂湿潤遅延量およびその他の未知パラメータについては、カルマンフィルタを用いて推定される。
観測量として用いる電離層フリー結合LCは、下記の(1)式にて表わされる。
但し、R:衛星毎の観測量の残差データ
θ:衛星に対する仰角
次に、日射量を予測する手順について説明する。
次に、任意時刻、つまり予測したい所定時刻(以下、予測時刻とも称す)における太陽の位置(仰角、方位角)に基づき、選定した衛星との距離に応じた重み付けを用いて、太陽方向での(太陽に対する)第2視線遅延量を求める。なお、予測時刻での太陽の位置は、太陽の軌道から予め分かっている。
STDs=d1×STD1+d2×STD2+d3×STD3 ・・・(17)
ここで、d1,d2,d3は、太陽光発電機器の設置地点(例えば、GNSS受信機のアンテナ4a位置)から所定高度(例えば、対流圏界面または対流圏内での任意の高度)hでの平面(具体的には、太陽光発電機器の設置地点を通る鉛直線に直交する平面)U1と太陽方向の視線との交点から、同平面U1と衛星方向の視線との交点までの距離riに依存する重み付けであり(図4参照)、これらの重みdi(添え字のiは衛星の番号で、ここでは、1,2,3である)の合計は1にされている。また太陽光発電機器の設置地点(例えば、GNSS受信機のアンテナ4a位置)から所定高度(例えば、対流圏界面または対流圏内での任意の高度)hにおける太陽方向の視線に直交する平面U2との交点から、同平面U2と衛星方向の視線との交点までの距離riに依存する重み付けを用いてもよく(図5参照)、さらに太陽光発電機器の設置地点(例えば、GNSS受信機のアンテナ4a位置)から所定高度(例えば、対流圏界面または対流圏内での任意の高度)hでの当該太陽光発電機器の設置地点を中心とする球面U3と太陽方向の視線との交点から、同球面U3と衛星方向の視線との交点までの距離riに依存する重み付けを用いてもよい(図6参照)。
太陽方向に近い衛星の選択については、視線遅延量を内挿し得るように、太陽方向が、選択された複数の例えば3つの衛星方向が作る三角形の内側にくるように、衛星を選択するのが好ましい。なお、太陽方向が3つの衛星方向の三角形の内側にあるかどうかは、例えば3個の衛星をA,B,Cとし、太陽方向をPとすると、3つの外積ベクトル(ベクトルAB×ベクトルBP),(ベクトルBC×ベクトルCP),(ベクトルCA×ベクトルAP)が全て同一方向であるか否かで、判断することができる。
この日射量予測関数[f(STD,θ)]は、日射量Sと太陽方向θ(仰角)における視線遅延量(STD)との関係を示すデータが実際に計測されて、実験的に、視線遅延量と太陽の仰角とから日射量を予測するために、予め求められている。より具体的には、日射量予測関数fは、予め、観測していた現地での傾斜面日射量データ、太陽高度および推定された視線遅延量の値を用いて近似が行われる。この近似は、視線遅延量を相対的に比較するため、太陽高度で補正して垂直方向の遅延量とし、この遅延量と傾斜面日射量との関係を示す多項近似式である。
すなわち、上記日射量予測関数fにより日射量が予測されると、この予測日射量から発電し得る予測発電量が下記の(19)式にて求められる。
なお、システム容量は、太陽光発電システム容量であり、設置パネルの定格出力の合計である。具体的には、標準状態(1000W/m2,25℃,AM1.5以下)でのパネル出力である。また、損失係数は、インバータ、ケーブル、パネル表面温度による損失を考慮したもので、予め、実験で求められている。
この太陽光発電量予測装置は、上述した太陽光発電量予測方法を装置として説明するものであり、その動作内容は既に説明しているため、簡単に説明する。
さらに上記第2視線遅延量演算部13において、各測位用衛星方向での第1視線遅延量に、所定時刻での太陽方向の視線までの距離に応じた重み付けを乗算するとともに、これらの乗算された各値の合計を第2視線遅延量とするようになし、且つ日射量予測演算部14において、予め取得された日射量と太陽方向での視線遅延量との計測データに基づき求められた、視線遅延量と太陽の仰角とから日射量を予測する日射量予測関数を用いて、所定時刻での日射量を予測するようにしたものである。
上述の手順により予測発電量が求められると、この予測発電量が発電制御装置6に入力されて、この予測発電量とディーゼル発電装置による発電量との合計値が負荷である必要発電量に等しくなるように制御される。
ところで、上述した実施例においては、太陽光発電量の予測をディーゼル発電装置を併用した発電設備に適用したものについて説明したが、例えばマイクログリッドシステムなどにも適用することができる。
1 電力消費施設
2 太陽光発電機器
3 ディーゼル発電装置
4 GNSS受信機
5 太陽光発電量予測装置
6 発電制御装置
11 天頂大気遅延量演算部
12 第1視線遅延量演算部
13 第2視線遅延量演算部
14 日射量予測演算部
15 発電量予測部
Claims (4)
- 測位用衛星からの測位信号により観測点の位置を測定する汎地球衛星航法測位システムを用いて観測点に配置された太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する予測方法であって、
精密単独測位法およびカルマンフィルタを適用して観測点での天頂大気遅延量を求める工程と、
上記求められた天頂大気遅延量にマッピング関数を用いて少なくとも3個の測位用衛星方向での第1視線遅延量それぞれを求める工程と、
上記求められた第1視線遅延量を用いて所定時刻における太陽方向での第2視線遅延量を求める工程と、
上記求められた第2視線遅延量および太陽の仰角から所定時刻での日射量を予測する工程と、
上記予測された日射量から太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する工程とを具備する太陽光発電量予測方法。 - 第2視線遅延量を求める工程において、各測位用衛星方向での第1視線遅延量に、所定時刻での太陽方向の視線までの距離に応じた重み付けを乗算するとともに、これら乗算された各値の合計を第2視線遅延量となし、
且つ日射量を予測する工程において、予め取得された日射量と太陽方向での視線遅延量との計測データに基づき求められた、視線遅延量と太陽の仰角とから日射量を予測する日射量予測関数を用いて、所定時刻での日射量を予測することを特徴とする請求項1に記載の太陽光発電量予測方法。 - 測位用衛星からの測位信号により観測点の位置を測定する汎地球衛星航法測位システムを用いて観測点に配置された太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する予測システムであって、
精密単独測位法およびカルマンフィルタを適用して天頂大気遅延量を求める天頂大気遅延量演算部と、
上記求められた天頂大気遅延量にマッピング関数を用いて少なくとも3個の測位用衛星方向での第1視線遅延量をそれぞれ求める第1視線遅延量演算部と、
上記求められた第1視線遅延量を用いて所定時刻における太陽方向での第2視線遅延量を求める第2視線遅延量演算部と、
上記求められた第2視線遅延量および太陽の仰角から所定時刻での日射量を予測する日射量予測演算部と、
上記予測された日射量から太陽光発電機器での太陽光発電量を予測する発電量予測部とを具備する太陽光発電量予測システム。 - 第2視線遅延量演算部において、各測位用衛星方向での第1視線遅延量に、所定時刻での太陽方向の視線までの距離に応じた重み付けを乗算するとともに、これら乗算された各値の合計を第2視線遅延量となし、
且つ日射量予測演算部において、予め取得された日射量と太陽方向での視線遅延量との計測データに基づき求められた、視線遅延量と太陽の仰角とから日射量を予測する日射量予測関数を用いて、所定時刻での日射量を予測するようにしたことを特徴とする請求項3に記載の太陽光発電量予測システム。
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