JP2016035719A - 電力取引支援装置、電力取引システム、制御方法及び制御プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
このため安い価格での販売を余儀なくされる場合があった。
そこで、蓄電池等の電力貯蔵設備(電力貯蔵装置)を備えることにより、市場の需要が高く、したがって価格も高い時間帯に電力を販売できることが考えられる。
このように生成した電力の消費の態様に融通性があるのであれば、売電価格の安い時間帯に自己消費を行い、売電価格の高い時間帯に系統に売電することで利益を高めることができる。
ところで、気象予測には不確定性があり、売電計画(電力取引計画)もこの不確定性を考慮して作られることが望まれる。
そして、電力取引支援装置の気象予測部は、気象のアンサンブル予測を行い、複数のアンサンブルメンバーを生成する。
売電価格予測部は、アンサンブルメンバーに基づいて翌日のスポット市場におけるスポット売電価格を予測する。
成り行き売電価格予測部は、アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き売電価格を予測する。
成り行き買電価格予測部は、アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き買電価格を予測する。
発電量予測部は、アンサンブルメンバーに基づいて翌日の発電システムの発電量を予測する。
これらの結果、売電量決定部は、予測された翌日のスポット売電価格、翌日の成り行き売電価格、翌日の成り行き買電価格及び翌日の発電システムの発電量に基づいて、期待利益を最大化する売電スケジュールを作成する。
[1]第1実施形態
図1は、実施形態の電力システムの概要構成ブロック図である。
電力システム10は、大別すると、発電及び電力消費を行う電力生成/消費システム11と、外部の電力市場MCTに通信ネットワーク12を介して接続され、売電スケジュールを作成する売電スケジュール作成装置13と、売電スケジュール作成装置13の作成した売電スケジュールに従って、電力生成/消費システム11を管理する電力管理部14と、を備えている。
電力貯蔵部22は、蓄電池等の電力を蓄え、必要な時に取り出すことができる機器として構成されている。
売電スケジュール作成装置13は、大別すると、入力された基本気象情報に基づいて気象予測を行う気象予測部31と、気象予測に基づいて発電量の予測を行う発電量予測部32と、電力貯蔵部22に蓄えられている蓄電電力の初期値を取り込むSOC初期値取得部33と、売電価格、成り行き買電価格、成り行き売電価格、翌々日価格を予測する価格予測部34と、発電量予測結果、取得されたSOC初期値及び価格予測結果に基づいて売電量を決定する売電量決定部35と、を備えている。
そして、気象予測部31は、取得した基本気象情報に基づいて、気象の複数の初期状態を作成する初期状態作成部31Aと、作成された複数の初期状態IS1〜ISMに基づいてそれぞれ数値気象計算を行い気象予測メンバーWM1〜WMMを計算する複数の数値気象計算部31Bと、を備えている。
例えば、太陽光発電の場合、日射強度および気温から発電パネルの性能スペックを利用して発電量を計算することができる。
風力発電の場合、風力から風車の性能スペックを利用して発電量を計算できる。気象予測を風力発電予測に用いる手法は、例えば、「橋本 篤、服部 康男、杉本 総一郎、門倉 真二、和田 浩治、平口 博丸、田中 伸和、七原 俊也、2008,「風力発電出力予測への気象モデル適用性評価」、電力中研報告N08027」に記載されている。
以下では気象予測メンバーmに対応する発電量の予測値を、
電力市場MCTは翌日の時間をある単位時間τ(典型的には30分、一時間など)に分割する。発電業者はその時間枠ごとに売電量及び入札価格(単位売電量当たりの入札価格:単価)の組を入札する。このように時間帯を指定して、前日に入札する市場をスポット市場と呼ぶ。
以下、単に売電といった場合にはこのスポット市場での売電を意味し、余分な電力をその場で売る成り行き売電と区別するものとする。
例えば、電力市場MCTにおける単位売電量当たりの価格、すなわち、市場価格=入札価格PR1の場合に売電を希望する電力量を売電量=SP1とし、市場価格=入札価格PR2の場合に売電を希望する電力量を売電量=SP2とし、…、市場価格=入札価格PRNの場合に売電を希望する電力量を売電量=SPNとする。ここで、入札価格PR1<入札価格PR2<…<入札価格PRNとする。
例えば、市場取引価格=PRMCTとし、この市場取引価格PRMCTに近い入札価格が入札価格PR3及び入札価格PR4であり(PR3<PRMCT<PR4)、入札価格=PR3の場合の売電量=SP3であり、入札価格=PR4の場合の売電量=SP4であった場合には、売電量SPXは、次式により求める。
+SP3
一方、需要側でも入札を行い、電力市場MCTにおいて、需要と供給の均衡が取れる電力価格、すなわち、実際の市場価格が決定される。
(a)電力貯蔵部22に充電する。電力貯蔵部22に余裕があればこれは可能である。
(b)電力消費部25で消費する。ただし、有効な電力利用方法がいつも必ずしもあるわけではない。
(c)成り行き売電する。電力系統側に余った電力を買い取ってもらう。これはいつも、どれだけの量でも可能であるものとする。ただし、売電価格は低い。
(d)電力貯蔵部から放電して補填する。電力貯蔵部に蓄えられている電力があれば可能である。
(e)成り行き買電をする。電力系統側から不足した電力を買って補填する。これはいつも、どれだけの量でも可能であると仮定する。ただし、買電価格は高い。実質的に約束量を売電することができなかったことに対するペナルティーの意味がある。
図4は、売電スケジュール作成装置の動作フローチャートである。
まず、気象予測部31は、気象予測計算を実行し、気象予測メンバーを価格予測部34を構成する後述の売電価格予測部34A、成り行き買電価格予測部34B、成り行き売電価格予測部34C、翌々日価格予測部34D及び発電量予測部32にそれぞれ出力する(ステップS11)。
これにより発電量予測部32は、
続いて売電価格予測部34Aは、翌日のスポット市場における電力売電価格を予測(計算)する(ステップS13)。
電力は昼間需要が多く、夜間、特に深夜以降は需要が減る。従って価格も昼間が高く、夜は低い傾向になる。このパターンをとらえて、売電価格を予測することができる。
そのための手法としては、例えば、ある決められた日数分の過去の履歴を平均すればよい。売電価格の履歴を
Pt(l):l日前の時間枠tのスポット市場価格
とする。
成り行き買電価格予測部34Bも、売電価格予測部34Aと同様の手順で予測を行う。
Qt(l):l日前の時間枠tの成り行き買電価格
とする。
成り行き売電価格予測部34Cも、売電価格予測部34Aと同様の手順で予測を行う。
Rt(l):l日前の時間枠tの成り行き売電価格
とする。
翌々日価格予測部34Dについても、売電価格予測部34Aと同様の構成となっている。
売電価格の履歴から、一日の価格の平均を計算し、その過去L日分の平均をとったものを翌々日価格予測とする。
すなわち、SOC初期値取得部33は、売電スケジュールを作る時点で当日の電力貯蔵部22の運用が終了しているならば、現在の貯蔵電力がそのまま明日の初期値になるので、現在の貯蔵電力量を取得する。
これらに対し、売電スケジュールが確定していない場合には、SOC初期値取得部33は、以下のようにして初期値を推定する。
c0<0ならば、c0=0
c0>Cならば、c0=C
ところで、電力市場MCTにおける売電価格は、当然ながら価格予測部34が予想した価格に必ずしもなるわけではない。
まず、売電価格想定部35A、目的関数作成部35B及び制約条件作成部35Cは、予測値の取り込みを行う(ステップS21)。
続いて、売電量決定部35は、処理カウンタnの値を初期値=1とする(ステップS23)。
ここで、売電価格想定部35Aは、取り込んだ複数の売電予測価格から乱数を用いてサンプリングすることで想定売電価格を作成している。
具体的には、売電価格想定部35Aは、まず、各時刻の想定売電価格が取りうる値系列
この場合において、サンプル数Nが小さすぎると、価格に伴う利益が十分に評価されない価格帯ができてしまう。逆にサンプル数Nが大きすぎると、計算時間が必要以上に多くかかることになる。適切なサンプル数Nの値はあらかじめ実験により求めておくものとする。
制約条件作成部35Cは、以下のように売電スケジュールxt(t=1,…,T)に対する制約条件を設定する。
図6に示すように、P点においては、釣り合いがとれている必要があり、この釣り合いを満たす条件が制約条件である。
制約条件を設定するに際して、最適化の条件としては、以下のようなものが考えられる。
C:電力貯蔵部22の容量(kWh)
S:充放電可能な電力量(kW)
cf:一日の終わり状態における目標SOC(kWh)
f:充電効率(0≦f≦1)
τ:電力市場MCTにおける売買電の時間単位
T:一日の市場の分割数
V:消費電力価値(円/kWh)
電力を自己消費した場合に、買電に換算してどのくらいの価値があるのかを表す。
Ut:時刻tに自己消費可能な電力量(kWh)
Uall:一日に自己消費可能な電力量(kWh)
xt:時刻tにおける売電量
(a)買電量、売電量はいずれも0以上
ここで、目的関数は、電力市場MCTが開催される 一日の売電利益全体の期待値と電力貯蔵装置に蓄えた電力が翌々日以降にもたらす利益の期待値の和として表される。
売電の利益は、予想価格Pt (m)と売電量xtの積として表される。
数理計画解作成部35Dは、このようにして作られた計画問題を解いて想定売電価格の系列
次に売電量決定部35は、カウントnに1を加算し(ステップS28)、カウントnがN未満であるか否かを判別する(ステップS29)。
ステップS29の判別において、カウントnがN未満である場合には(ステップS29;Yes)、処理を再びステップS24に移行する。
ステップS29の判別において、カウントnがNとなった場合には(ステップS29;No)、入札作成部35Eは、電力市場MCTに対する入札を作成し、売電スケジュールとして出力する(ステップS30)。出力される売電スケジュールは、次のように記述される。
という、売電を行うことである。電力価格が正確に指定した価格にならない場合は、適宜補正するものとする。売電価格の指定は細かくできるので、これは特に問題とはならない。
ここで、売電価格は、予想価格のアンサンブル平均の周りに振れるものとして、
図7は、入札作成部の動作説明図である。
図7に示したように、Ptの値に対して、その時の時刻tにおける売電量xtをプロットする。このプロットに対して平滑化を行うことにより、価格がPtの時の売電量xtを得ることができる。
平滑化された関数Pt,k(k=−K,…,K)の値を読み取ることにより、入札を作成することができる。
以上の説明のように、本第1実施形態によれば、気象予測の不確定性を考慮しつつ、より好適な電力取引計画を作成することが可能となり、期待利益を最大化することができる。
上記第1実施形態においては、売電価格予測部は過去の売電履歴にのみ基づいてスポット市場での売電価格を予想していた。
しかし、気象条件に応じて電力消費者の挙動は変化し、結果として電力需要は変化する。たとえば暑さ、寒さの度合いに応じて空調の利用量が変化するなどが典型例である。また、気象条件に応じて発電量が変化する再生可能エネルギーの導入が進めば、供給も気象条件に依存することになる。従って需要と供給のつりあいで決まる電力価格も気象条件に応じて変化する。このため、売電価格の予測値もアンサンブルメンバーに応じて変わってくる。
そこで、本第2実施形態では、アンサンブルメンバーの気象予測を考慮した売電価格予測部を備えた場合について説明する。
第2実施形態の売電価格予測部34AXは、大別すると、売電価格履歴DB41と、気象条件履歴DB42と、説明変数抽出部43と、予測式生成部44と、価格計算部45と、を備えている。
売電価格履歴DB41は、過去におけるスポット市場の売電価格の履歴を記録している。
より具体的には、図9に示すように、売電価格履歴DB41売電価格を取得した日付及び時刻が格納された時刻データ51と、時刻データ51に対応する時刻に取得された売電価格が格納された売電価格データ52と、を備えている。
気象条件履歴DB42は、過去における気象予測の履歴を記録している。
より具体的には、図10に示すように、気象条件履歴DB42は、気象条件を取得した日付及び時刻が格納された時刻データ61と、時刻データ61に対応する時刻に取得された複数の気象予測メンバーを格納した複数の気象予測メンバーデータ62−1、62−2、…、62−Mと、を備えている。
気象予測メンバーデータは、例えば、気象予測メンバーを構成する気温が格納された気温データ63と、日射量に基づく単位時間当たりの発電量(Wh)を格納した日射データ64と、降雨量(mm)を格納した降雨データ65と、を格納している。
一般に電力需要(電力消費)に関係すると考えられる気象変数は、人の行動に影響があると考えられる地上付近の気温、地上付近の風、日射量、降雨量などである。たとえば、快適と考えられる温度よりも気温が高い、または低い場合に、空調設備を利用する人の数が増加すると考えられる。風、日射量、降水量が強い場合、人々は外出を控えるなどの行動様式に影響を与える。また、照明の利用への影響、建物の冷却効果への影響なども考えられる。このことからこれらの気象変数(気象条件)は電力需要に影響を与える。
説明変数抽出部43は、気象条件履歴DB42から対象地域に関係する気象変数のみを抽出する。この場合において、対象となる気象変数が、地理的に見て格子状に細かい分解能で得られる場合がある。
したがって、説明変数として上述したような細かさの気象変数を用いると、予測性能が低下するため、気象変数(説明変数)を適切な個数に限定する必要がある。このための手法としては、例えば、対象地域内の気象変数を平均化することで、回帰分析に用いる気象変数(説明変数)を絞ることができる。
ここでは線形回帰分析を用いて予測式を構成する方法を説明する。また、以下では(d,t)の組で、時刻、すなわち日(d)と時間帯(t)を表すこととする。今、売電価格履歴DB41の中に記載されている日dと時間帯tにおける売電価格をPd,tとする。また、説明変数抽出部43が気象予測履歴DBから取り出した気象変数の数をHとし、その組を(v1,v2,…,vH)とする。
これに対して売電価格の変化パターンは日が変わっても同じであることが多い。これらのことを考慮して、売電価格の予測式は一日の中の時間帯ごとの別々の予測式を作ることにする。このとき日dの
以上の説明のように、本第2実施形態によれば、気象予測に際し、気象変数(説明変数)を適切な個数に限定しつつ、高精度で気象予測を行い、ひいては、適切な入札を行うことが可能となる。
上述した第1実施形態においては、気象予測の作り出すアンサンブルメンバーは全て予測としての実現確率が等しいものとして扱った。
本第3実施形態においては、実現確率が高いもの、低いもの取り合わせたアンサンブルを作ることも考えられる。
気象予測部31Xは、大別すると、参照値推定部71と、参照値履歴DB72と、気象条件履歴DB73と、分散推定部74と、サンプル作成部75と、気象数値計算部76と、重み計算部77と、を備えている。
図12は、第3実施形態の動作フローチャートである。
いま気象変数の一つをXとする。たとえばある地点の気温、気圧あるいは風の方向成分などである。
参照値推定部71は、観測データから気象変数Xの最も確からしい値である参照値X0を推定する(ステップS41)。
しかし、基本的な考え方は変わらないので、説明の簡略化のため、以下ではスカラーである気象変数Xを用いて説明する。
また、気象条件履歴DB53は、過去の気象変数Xの値が格納されている。
ところで、参照値推定部51が推定した参照値X0には誤差がある。
そこで、分散推定部54は、参照値履歴DB52と気象条件履歴DB53と、を突き合わせることにより、参照値X0の標準偏差σXを推定する(ステップS42)。
M個のサンプル(X1,X2,…,XM)は、元の参照値X0に対して標準偏差σX程度の大きさの摂動を加えたものになっている。
重み計算部57は、サンプルX1〜XMの重みを計算する(ステップS44)。
本実施形態の電力取引支援装置(売電スケジュール作成装置)は、CPUなどの制御装置と、ROM(Read Only Memory)やRAMなどの記憶装置と、HDD、CDドライブ装置などの外部記憶装置と、ディスプレイ装置などの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
本実施形態の電力取引支援装置で実行される制御プログラムは、上述した各部(売電価格予測部、成り行き売電価格予測部、成り行き買電価格予測部、発電量予測部、売電量決定部)を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPU(プロセッサ)が上記記憶媒体から制御プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、売電価格予測部、成り行き売電価格予測部、成り行き買電価格予測部、発電量予測部、売電量決定部が主記憶装置上に生成されるようになっている。
11 電力生成/消費システム
12 通信ネットワーク
13 売電スケジュール作成装置
14 電力管理部
21 発電モジュール
22 電力貯蔵部
23 売電部
24 買電部
25 電力消費部
31 気象予測部
32 発電量予測部
33 SOC初期値取得部
34 価格予測部
35 売電量決定部
41 売電価格履歴DB
42 気象条件履歴DB
43 説明変数抽出部
44 予測式生成部
45 価格計算部
Claims (10)
- 電力の貯蔵あるいは電力の使用に関して時間的な調整が可能な設備を有し、再生可能エネルギーにより発電を行う発電システムの電力系統に対する売電スケジュールを設定する電力取引支援装置であって、
気象のアンサンブル予測を行い、複数のアンサンブルメンバーを生成する気象予測部と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日のスポット市場におけるスポット売電価格を予測する売電価格予測部と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き売電価格を予測する成り行き売電価格予測部と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き買電価格を予測する成り行き買電価格予測部と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の前記発電システムの発電量を予測する発電量予測部と、
前記予測された翌日のスポット売電価格、翌日の成り行き売電価格、翌日の成り行き買電価格及び翌日の前記発電システムの発電量に基づいて、期待利益を最大化する売電スケジュールを作成する売電量決定部と、
を備えた電力取引支援装置。 - 前記売電量決定部は、前記発電量予測部が予測した前記発電システムの発電量に基づいて売電量を制約する制約条件を作成する制約条件作成部と、
前記スポット売電価格に基づいて、想定売電価格を設定する売電価格想定部と、
売電の際の利益を計算するための目的関数を作成する目的関数作成部と、
前記成り行き買電価格、前記成り行き売電価格及び前記想定売電価格を適用した前記目的関数及び前記制約条件で設定される数理計画問題を解いて、前記期待利益を最大化する、
前記売電スケジュールを作成する数理計画解作成部と、
を備えた請求項1記載の電力取引支援装置。 - 前記アンサンブルメンバーに基づいて翌々日以降の売電価格である翌々日売電価格を予測する翌々日価格予測部を備え、
前記売電量決定部は、前記翌々日売電価格に基づいて売電スケジュールを作成する、
請求項1又は請求項2記載の電力取引支援装置。 - 前記発電システムは、発電電力を蓄える電力貯蔵部を備えており、
前記電力貯蔵部の翌日の市場開始時点の貯蔵電力量の初期値を取得する初期値取得部を備え、
前記制約条件作成部は、前記貯蔵電力量の初期値を考慮して前記制約条件を作成する、
請求項2記載の電力取引支援装置。 - 前記想定売電価格及び前記売電スケジュールに基づいて、翌日の売電市場への入札作成を行う入札作成部を備えた、
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電力取引支援装置。 - 気象条件の履歴を格納した気象条件履歴DBと、
売電価格の履歴を格納した売電価格履歴DBと、
前記気象条件履歴DBから気象変数を抽出する変数抽出部と、
前記売電価格の履歴に基づいて、回帰分析の手法を用いて前記気象変数を用いて売電価格を予測する予測式を生成する予測式生成部と、
前記複数のアンサンブルメンバー及び前記予測式に基づいて売電価格を予測する売電価格計算部と、
を備えた請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の電力取引支援装置。 - 前記アンサンブルメンバーに対し重み付けを行う重み付け部を備え、
前記売電量決定部は、前記重み付けを考慮して前記売電スケジュールを作成する、
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の電力取引支援装置。 - 再生可能エネルギーにより発電を行う発電モジュール、前記発電モジュールが発電した電力を貯蔵する電力貯蔵部、前記発電モジュールが発電した電力あるいは前記電力貯蔵部が貯蔵した電力を消費する電力消費部と、を備えた発電システムと、
気象のアンサンブル予測を行い、複数のアンサンブルメンバーを生成する気象予測部と、前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日のスポット市場におけるスポット売電価格を予測する売電価格予測部と、前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き売電価格を予測する成り行き売電価格予測部と、前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き買電価格を予測する成り行き買電価格予測部と、前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の前記発電システムの発電量を予測する発電量予測部と、前記予測された翌日のスポット売電価格、翌日の成り行き売電価格、翌日の成り行き買電価格及び翌日の前記発電システムの発電量に基づいて、期待利益を最大化する売電スケジュールを作成する売電量決定部と、を備えた電力取引支援装置と、
を備えた電力取引システム。 - 電力の貯蔵あるいは電力の使用に関して時間的な調整が可能な設備を有し、再生可能エネルギーにより発電を行う発電システムの電力系統に対する売電スケジュールを設定する電力取引支援装置で実行される制御方法であって、
気象のアンサンブル予測を行い、複数のアンサンブルメンバーを生成する気象予測過程と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日のスポット市場におけるスポット売電価格を予測する売電価格予測過程と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き売電価格を予測する成り行き売電価格予測過程と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き買電価格を予測する成り行き買電価格予測過程と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の前記発電システムの発電量を予測する発電量予測過程と、
前記予測された翌日のスポット売電価格、翌日の成り行き売電価格、翌日の成り行き買電価格及び翌日の前記発電システムの発電量に基づいて、期待利益を最大化する売電スケジュールを作成する売電量決定過程と、
を備えた制御方法。 - 電力の貯蔵あるいは電力の使用に関して時間的な調整が可能な設備を有し、再生可能エネルギーにより発電を行う発電システムの電力系統に対する売電スケジュールを設定する電力取引支援装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムであって、
前記コンピュータを、
気象のアンサンブル予測を行い、複数のアンサンブルメンバーを生成する手段と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日のスポット市場におけるスポット売電価格を予測する手段と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き売電価格を予測する手段と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の成り行き市場における成り行き買電価格を予測する手段と、
前記アンサンブルメンバーに基づいて翌日の前記発電システムの発電量を予測する手段と、
前記予測された翌日のスポット売電価格、翌日の成り行き売電価格、翌日の成り行き買電価格及び翌日の前記発電システムの発電量に基づいて、期待利益を最大化する売電スケジュールを作成する手段と、
して機能させる制御プログラム。
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