JP2016154411A - 風力発電システム、及び再生可能エネルギー発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統の安定運用に貢献可能な風力発電システムを提供する。
【解決手段】 第１風力発電システム１１−１は、電力系統２３に連系されて風力発電を行う風力発電装置１３と、電力系統２３に連系されて風力発電装置１３で発電した電力の充放電を行う蓄電装置１５と、風力発電装置１３に係る発電出力及び蓄電装置１５に係る充放電の制御を行う第１発電制御装置１７−１と、を備えて構成される。第１発電制御装置１７−１は、系統情報取得部３１で取得した系統情報、並びに、状態情報取得部３３で取得した発電状態情報及び蓄電状態情報に基づいて、風力発電装置１３に係る発電出力及び蓄電装置１５に係る充放電の制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、風力を用いて発電を行う風力発電システム、及び風力を含む再生可能エネルギーを用いて発電を行う再生可能エネルギー発電システムに関する。

石油など化石燃料の枯渇が懸念されるようになって久しい。また、地球環境の温暖化対策のために、ＣＯ２の排出削減が全世界で解決すべき急務の課題となっている。こうした課題の解決を図るために、化石燃料を使用せず、また、ＣＯ２も排出しない発電の方法として、例えば、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを用いて発電を行う再生可能エネルギー発電の導入が世界中で急速に進展している。

ところが、再生可能エネルギー発電のうち、例えば風力発電では、その強弱が時々刻々と変化する風の力を利用して発電するため、時間の経過と共に発電電力が変動するといった特質がある。そのため、発電された電力を電力系統に連系させるにあたり、発電電力の変動により、商用の電力系統における電力需給のバランスが取れなくなり、周波数変動などの問題を生じる結果、電力品質の低下を招くことが懸念される。

現在、電力系統を運用する電力会社等の電力供給事業者は、風力発電事業者が供給する発電電力を電力系統に連系させる際に、電力系統側で電力需要の大きさに応じて、その電力系統内にある火力発電所などの大型発電機の発電出力を調整予備力として用いることで、電力需給のバランスを保つように制御している。ただし、日本国内では、多くの風力発電事業者の風力発電システムが電力系統にすでに連系されている。また、その発電事業者の数も増加傾向にある。そのため、電力系統内での調整予備力の不足が懸念されている。

そこで、風力発電装置に、蓄電池及び蓄電池の充放電制御を行う充放電制御部を備える蓄電装置を併設した蓄電装置併設型の風力発電システムが開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２など参照）。蓄電装置併設型の風力発電システムによれば、風力発電による電力変動を、蓄電装置の充放電により抑制することができるので、商用の電力系統に安定した電力を供給することができる。

特開２０１０−５１１１７号公報 特開２０１１−２２９２０５号公報

前記した蓄電装置併設型の風力発電システムのうち、例えば、発電出力を一定に制御可能な出力一定制御型の風力発電システムでは、電力系統への連系に際し、発電した電力の売電先である電力供給事業者から、何らかの技術要件の要請が想定される。例えば、（１）単位時間ごとの発電計画値を売電先に事前申請すること、（２）単位時間における風力発電システムの発電電力の変動を、事前申請した発電計画値に基づく発電定格のうち所定の変動幅内に収めること、などといった技術要件の要請が想定される。

しかしながら、こうした技術要件のハードルは、風力発電事業者を含む再生可能エネルギー発電事業者にとって相当に高いことが多い。特に、発電計画値を立案する際に用いる発電出力の予測値が誤差を含む場合、併設した蓄電装置による供給予備力が不足し、発電計画値を充足可能な発電出力を維持することができないおそれがある。このように技術要件を遵守することができないと、電力系統では調整予備力の不足を生じることが懸念される。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、電力系統の安定運用に貢献可能な風力発電システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、電力系統の安定運用に貢献可能な再生可能エネルギー発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、電力系統に連系されて風力発電を行う風力発電装置と、前記電力系統に連系されて前記風力発電装置で発電した電力の充放電を行う蓄電装置と、前記風力発電装置に係る発電出力及び前記蓄電装置に係る充放電の制御を行う発電制御装置と、を備えて構成される風力発電システムが前提となる。
前記発電制御装置は、前記電力系統の状態を表す系統情報を取得する系統情報取得部と、前記風力発電装置に係る発電状態情報及び前記蓄電装置に係る蓄電状態情報を取得する状態情報取得部と、発電計画に係る発電計画情報、及び当該発電計画の変動幅に相関する変動幅相関情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部で生成された前記発電計画情報及び前記変動幅相関情報を、前記電力系統を運用する電力事業者宛に送信する情報通信部と、を備え、前記系統情報取得部で取得した前記系統情報、並びに、前記状態情報取得部で取得した前記発電状態情報及び前記蓄電状態情報に基づいて、前記風力発電装置に係る発電出力及び前記蓄電装置に係る充放電の制御を行うことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、風力発電電力と電力系統とを一体的に運用することにより、電力系統の安定運用に貢献可能な風力発電システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る第１風力発電システムの概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る第１風力発電システムが有する発電制御装置の機能ブロック図である。 第１実施形態に係る第１風力発電システムにおいて発電予測値の変動幅を求める際に用いる、発電計画値の予測誤差に対する確率密度分布を表す模式図である。 第１実施形態に係る第１風力発電システムにおいて、発電計画値及び発電計画値変動幅が時間の経過と共に変動する例を示す模式図である。 第１実施形態に係る第１風力発電システムが有する第１発電制御装置において参照される電力系統に係る系統情報の種類と形式などの一例を示す表である。 第１実施形態に係る第１風力発電システムが有する第１発電制御装置の動作説明に供するフローチャート図である。 第１実施形態に係る第１風力発電システムが有する第１発電制御装置から電力事業者宛に申告情報を送信するタイミングの一例を時系列に示す模式図である。 第１実施形態に係る第１風力発電システムが有する第１発電制御装置が電力系統に係る系統情報のうち供給予備力を用いて、発電情報等の申告タイミングを変化させる動作の一例を示す表である。 本発明の第２実施形態に係る第２風力発電システムの概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る第２風力発電システムが有する第２発電制御装置の機能ブロック図である。 第２実施形態に係る第２風力発電システムにおいて、発電計画値が時間の経過と共に変動する例を示す模式図である。 第２実施形態に係る第２風力発電システムにおいて、蓄電池の充放電可能出力が時間の経過と共に変動する例を示す模式図である。 第２実施形態に係る第２風力発電システムが有する第２発電制御装置において取得される蓄電状態情報の種類と形式などの一例を示す表である。 第２実施形態に係る第２風力発電システムが有する第２発電制御装置の動作説明に供するフローチャート図である。 第３実施形態に係る第３風力発電システムが有する第３発電制御装置の機能ブロック図である。 第３実施形態に係る第３発電制御装置において参照される電力系統に係る系統情報に含まれる蓄電装置に対する指令値の種類と形式などの一例を示す表である。 第３実施形態に係る第３風力発電システムが有する第３発電制御装置の動作説明に供するフローチャート図である。 第４実施形態に係る第４風力発電システムが有する第４発電制御装置の機能ブロック図である。 第４実施形態に係る第４風力発電システムが有する第４発電制御装置の動作説明に供するフローチャート図である。 本発明の第５実施形態に係る再生可能エネルギー発電システムの概略構成を示す図である。 第５実施形態に係る再生可能エネルギー発電システムが有する再生可能エネルギー発電制御装置の機能ブロック図である。 本発明の第６実施形態に係る再生可能エネルギー発電システムの概略構成を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の第１〜第４実施形態は、風力を用いて発電を行う風力発電システムに関する。また、本発明の第５〜第６実施形態は、風力、太陽光、水力、地熱、太陽熱、大気中の熱その他の自然界に存する熱、バイオマスなどの再生可能エネルギーを用いて発電を行う再生可能エネルギー発電システムに関する。
なお、以下の説明において、共通の機能を有する構成要素には共通の符号を付し、その重複した説明を省略する。

〔本発明の第１実施形態に係る第１風力発電システム１１−１〕
まず、本発明の第１実施形態に係る第１風力発電システム１１−１について、図１〜図８を参照して説明する。
第１実施形態に係る第１風力発電システム１１−１は、図１に示すように、風力発電装置１３と、蓄電装置１５と、第１発電制御装置１７−１とを備えて構成されている。

風力発電装置１３は、風力発電を行う機能を有する。この機能を実現するために、風力発電装置１３は、１又は複数の風力発電機（不図示）を有し、回転速度及びピッチが可変、かつ、制御可能に構成されている。

蓄電装置１５は、風力発電装置１３で発電した電力の充放電を行う機能を有する。この機能を実現するために、蓄電装置１５は、１又は複数の蓄電池を有して構成されている。前記蓄電池としては、例えば、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタのうちいずれか一種類、又はこれらの組み合わせにより構成される。
また、蓄電装置１５は、電気二重層キャパシタを用いる形態、二次電池と電気二重層キャパシタとを組み合わせる形態、又は、他の蓄電要素を組み合わせる形態などであってもよい。さらに、フライホイールなど電気エネルギーを運動エネルギーとして蓄積するものであってもよい。

風力発電装置１３及び蓄電装置１５は、電力線に存する連系点１９を介して、電力会社等の電力事業者２１が運用する電力系統２３に電気的に接続されている。風力発電装置１３及び蓄電装置１５は、共通の発電施設内に設けられている。風力発電装置１３及び蓄電装置１５は、第１風力発電システム１１−１の発電電力を、電力系統２３に供給するように動作する。電力事業者２１は、電力系統２３内の電力需要と供給のバランスを取る責任を負う。

第１発電制御装置１７−１は、発電計画に係る発電計画値（本発明の“発電計画情報”に相当する。）、及び発電計画値変動幅（本発明の“変動幅相関情報”に相当する。）を生成すると共に、発電計画値に従って、風力発電装置１３に係る発電出力及び蓄電装置１５に係る充放電の制御を行う機能を有する。
また、第１発電制御装置１７−１は、前記生成された発電計画値及び発電計画値変動幅の情報を、電力系統２３を運用する電力事業者２１宛に送信（申告）する機能を有する。
さらに、第１発電制御装置１７−１は、電力事業者２１から電力系統２３に係る系統情報を受信すると共に、受信した系統情報を用いて、風力発電装置１３に係る発電出力及び蓄電装置１５に係る充放電の制御を行う機能を有する。
第１発電制御装置１７−１は、風力発電装置１３及び蓄電装置１５と共通の発電施設内に設けられている。

第１発電制御装置１７−１には、予測提供者２５が、通信媒体を介して接続されている。予測提供者２５は、風力発電装置１３が存する地域の風速・風向を含む気象情報、この気象情報に基づく風力発電装置１３の発電予測値に係る情報などを、第１発電制御装置１７−１宛に定期的に配信する機能を有する。第１発電制御装置１７−１は、前記気象情報を、例えば、気象庁の提供する時系列気象予報を配信するサービスを用いて取得してもよい。

次に、第１発電制御装置１７−１が有する機能について、図２を参照して詳しく説明する。
第１発電制御装置１７−１は、図２に示すように、系統情報取得部３１と、状態情報取得部３３と、情報生成部３５と、情報通信部３７と、を備える。第１発電制御装置１７−１は、基本的に、系統情報取得部３１で取得した系統情報、並びに、状態情報取得部３３で取得した発電状態情報及び蓄電状態情報に基づいて、風力発電装置１３に係る発電出力及び蓄電装置１５に係る充放電の制御を行う機能を有する。

系統情報取得部３１は、電力事業者２１から通信媒体を介して送られてくる、電力系統２３の状態を表す系統情報を取得する機能を有する。

状態情報取得部３３は、風力発電装置１３に係る発電状態情報及び蓄電装置１５に係る蓄電状態情報を取得する機能を有する。なお、風力発電装置１３に係る発電状態情報とは、風力発電装置１３による発電電力の実測値を含む情報である。また、蓄電装置１５に係る蓄電状態情報とは、蓄電装置１５に係る充放電可能出力値及び充電率を含む情報である。

情報生成部３５は、発電計画に係る発電計画値（発電計画情報）、及び発電計画値変動幅（変動幅相関情報）を生成する機能を有する。なお、発電計画値（発電計画情報）とは、風力発電装置１３による発電計画を時系列に沿って記述した情報である。また、発電計画値変動幅（変動幅相関情報）とは、発電計画値変動幅を時系列に沿って記述した情報である。変動幅相関情報としては、蓄電装置１５に係る充放電可能出力値及び充電率を含む蓄電状態情報を採用してもよい。

情報通信部３７は、情報生成部３５で生成された発電計画値及び発電計画値変動幅（以下の説明において、これらを“申告情報”と呼ぶ場合がある。）を、電力系統２３を運用する電力事業者２１宛に送信する機能を有する。

次に、情報生成部３５において生成される、発電計画値変動幅（変動幅相関情報）の演算手法について、図３を参照して説明する。予測提供者２５から提供されるか、又は、予測提供者２５から提供された気象情報に基づき情報生成部３５で演算される発電予測値（発電計画値）は、気象予測誤差等に起因する誤差を含んでいる。

そのため、発電予測値のみを発電計画値として用いて電力事業者２１宛に申告すると、予測誤差の大きさによっては、蓄電装置１５の充電率が不足してしまい、申告した発電計画値を維持できないおそれがある。このように、申告した発電計画値を維持できない事態が生じると、電力事業者２１の側では供給予備力が不足し、調整力不足が生じて電力系統２３の周波数が変動するなど、電力系統２３の安定運用に支障を来すおそれがある。

ここで、発電予測値と発電実績値との偏差である予測誤差の大きさと発生確率密度は、図３のような正規分布を示す傾向がある。図３の分布図から、現時点及び発電予測時点間の時間長が大きくなるほど、発電予測値の確度が低下する一方、現時点及び発電予測時点間の時間長が小さくなるほど、発電予測値の確度が高まることがわかる。かかる予測誤差に対する発生確率密度の分布特性を活用することにより、所要の精度に応じた発電計画値変動幅を、演算により求めることができる。
なお、発電計画値変動幅の大きさや所要の精度の情報は、電力事業者２１から送信されてくる系統情報に含まれる構成を採用してもよい。

情報生成部３５において生成される発電計画値及び発電計画値変動幅（申告情報）は、例えば図４に示すように、時間の経過と共に変動する。そこで、第１発電制御装置１７−１の情報通信部３７は、時々刻々と変動する発電計画値及び発電計画値変動幅（申告情報）を、予め定められる時間間隔（固定値でもよいし、可変値でもよい）で電力事業者２１宛に送信する。この申告情報を受けた電力事業者２１の側では、発電計画値から発電計画値変動幅を減じた値を計画下限値として用いることにより、風力発電装置１３による発電出力を的確に把握することが可能となる。

風力発電装置１３による発電出力が、前記の計画下限値を下回る蓋然性は極めて低い。そのため、電力事業者２１の側では、発電計画値及び計画下限値を考慮することで、所要の供給予備力の大きさを把握すると共に、所要の大きさの供給予備力を準備することができる。

なお，発電計画値変動幅は、予め定められる固定値を設定してもよいし、例えば、電力事業者２１の側の事情（供給予備力の大きさ）に応じて可変となる値を設定してもよい。また，図４の例では、発電計画値に対して変動幅を減じた計画下限値を示しているが，発電計画値に対して変動幅を加えた計画上限値や、計画下限値及び計画上限値の両方を、発電計画値の確度を表す情報として採用してもよい。

電力事業者２１から送信されてくる電力系統２３の状態を表す系統情報としては、例えば、図５に示すような情報を例示することができる。すなわち、例えば、電力系統２３の供給予備力ＰＳ＿Ｒ、風力発電買取価格Ｐｒ＿ＦＷ、連系線運用比率Ｒａｔe＿Ｃ、調整力費用Ｐｒ＿ＡＤＪ、発電計画値変動幅維持確率要望Ｐｒｏ_ＰＦなどの情報を、系統情報として採用することができる。系統情報取得部３１は、こうした系統情報のうち、所要の情報を適宜選別し、選別した系統情報を参照することで、例えば、申告情報を生成する等の用途に用いることができる。

〔第１風力発電システム１１−１が有する第１発電制御装置１７−１の動作〕
次に、第１風力発電システム１１−１が有する第１発電制御装置１７−１の動作について、図６を参照して説明する。
図６に示すステップS１１において、第１発電制御装置１７−１の情報生成部３５は、入力された発電予測値及び発電出力の実測値（発電情報）に基づいて、発電計画値を生成する。
ステップS１２〜S１３において、第１発電制御装置１７−１の情報生成部３５は、予測誤差を推定すると共に、その推定結果に基づいて、発電計画値変動幅を計算する。

ステップS１４において、第１発電制御装置１７−１の系統情報取得部３１は、電力系統２３の状態を表す系統情報を取得する。
ステップS１５において、第１発電制御装置１７−１の情報生成部３５は、ステップS１４で取得した系統情報や、状態情報取得部３３で取得した蓄電装置１５に係る蓄電状態情報を用いて、最終的な申告情報（発電計画値及び発電計画値変動幅）を生成する。

ステップS１６−１において、第１発電制御装置１７−１の情報通信部３７は、情報生成部３５で生成された最終的な申告情報（発電計画値及び発電計画値変動幅）を、電力系統２３を運用する電力事業者２１宛に送信する。
なお、第１発電制御装置１７−１は、系統情報取得部３１で取得した系統情報、並びに、状態情報取得部３３で取得した発電状態情報及び蓄電状態情報に基づいて、風力発電装置１３に係る発電出力及び蓄電装置１５に係る充放電の制御を行う。

次に、第１発電制御装置１７−１の時系列動作うち、電力事業者２１宛の申告情報送信タイミングについて、図７を参照して説明する。
図７に示す例では、第１発電制御装置１７−１の情報生成部３５は、前日の９：００に受信した翌日発電予測値に基づいて、翌日の０：００から２４時間分の発電計画値を作成する。このとき、第１発電制御装置１７−１は、予測誤差を推定することで発電計画値変動幅を計算し、計算された発電計画値変動幅に基づいて、当日の１２：００に、申告情報（発電計画値及び発電計画値変動幅）を送信する。当日では、電力事業者２１から送信されてくる系統情報を随時受信すると共に、周期的に更新される発電予測値を用いて、申告情報を見直し更新して、更新後の申告情報を適時に送信する。

第１発電制御装置１７−１の情報生成部３５は、電力事業者２１から送信されてくる系統情報を用いて、例えば図８に示す表を参照して、申告情報（発電計画値及び発電計画値変動幅）を生成する。図８に示す例では、第１発電制御装置１７−１は、系統情報に含まれる電力系統２３の供給予備力ＰＳ＿Ｒの値に応じて、発電計画値変動幅（発電計画値変動幅維持確率）の値を変化させると共に、申告情報の送信タイミングを変化させる。

電力系統２３の供給予備力ＰＳ＿Ｒは、電力系統２３の電力供給信頼度を示す指標であり、次の式（１）で表わされる。
ＰＳ＿Ｒ＝（電源の供給力−合計需要）÷合計需要（％）・・・式（１）

合計需要が増加して供給予備力ＰＳ＿Ｒが低下すると、更なる需要の増加や、既設火力発電所の故障等の事象により、供給予備力ＰＳ＿Ｒの不足を生じるおそれがある。このとき、風力発電装置１３の発電電力を供給予備力ＰＳ＿Ｒに含めれば、供給予備力ＰＳ＿Ｒは増加する。しかし、前述したように、風力発電装置１３の発電電力は、風速の変化により時々刻々と変動する。仮に、供給予備力ＰＳ＿Ｒの計画を立てる際に、風力発電装置１３の発電電力を計画に含めたとする。この際に、気象予測の誤差に起因する発電予測値の誤差によって、見込んでいた風力発電装置１３の発電電力が得られない場合、供給予備力ＰＳ＿Ｒが不足する事態に陥ってしまう。

そこで、第１発電制御装置１７−１は、図８に示すように、供給予備力ＰＳ＿Ｒの値に応じて、発電計画値変動幅維持確率Ｐｒｏ＿ＰＦを、図３に例示したような、予測誤差に対する発電電力の確率密度分布特性を参照して設定する。具体的には、第１発電制御装置１７−１は、図８に示すように、供給予備力ＰＳ＿Ｒに余裕がある場合（図８の例では３０％以上）には、発電計画値変動幅維持確率Ｐｒｏ＿ＰＦの低い発電計画値変動幅（申告情報）を生成する一方、供給予備力ＰＳ＿Ｒに余裕がない場合（図８の例では３０％未満）には、発電計画値変動幅維持確率Ｐｒｏ＿ＰＦの高い発電計画値変動幅（申告情報）を生成し、生成した申告情報を、電力事業者２１宛に送信する。これにより、電力事業者２１の側では、風力発電装置１３の発電電力を高い確度で供給予備力ＰＳ＿Ｒに含めることができる。
図８に示す例において、供給予備力ＰＳ＿Ｒ：３０％が、本発明に係る“予備力閾値”に相当する。ただし、本発明に係る“予備力閾値”としては、適宜の供給予備力ＰＳ＿Ｒの値を変更可能に設定することができる。

同様に、第１発電制御装置１７−１は、図８に示すように、供給予備力ＰＳ＿Ｒに余裕がある場合（図８の例では３０％以上）には、申告情報（発電計画値及び発電計画値変動幅）の更新間隔を長くする一方、供給予備力ＰＳ＿Ｒに余裕がない場合（図８の例では３０％未満）には、申告情報の更新間隔を短くするように、申告情報の送信タイミングを変化させる。これにより、電力事業者２１の側では、供給予備力ＰＳ＿Ｒの確保に支障を来さないようにすることができる。

〔本発明の第２実施形態に係る第２風力発電システム１１−２〕
次に、本発明の第２実施形態に係る第２風力発電システム１１−２について、図９〜図１３を参照して説明する。
第１実施形態に係る第１風力発電システム１１−１と、第２実施形態に係る第２風力発電システム１１−２との相違点は、図９及び図１０に示すように、第１風力発電システム１１−１では、電力事業者２１宛に送信する申告情報として、発電計画値（発電計画情報）及び発電計画値変動幅（変動幅相関情報）を採用していたのに対し、第２風力発電システム１１−２では、電力事業者２１宛に送信する申告情報として、発電計画値（発電計画情報）及び蓄電状態情報（本発明の“変動幅相関情報”に相当する。）を採用している点である。
ただし、第２風力発電システム１１−２において、第１風力発電システム１１−１と同様に、電力事業者２１宛に送信する申告情報として、発電計画値（発電計画情報）及び発電計画値変動幅（変動幅相関情報）に加えて、さらに蓄電状態情報（変動幅相関情報）を併用しても構わない。
第１風力発電システム１１−１と、第２風力発電システム１１−２との、その他の構成は共通である。そこで、以下では、前記相違点に注目して説明する。

第２発電制御装置１７−２の情報生成部３５において生成される発電計画値及び蓄電装置１５の充放電可能出力値（蓄電状態情報）を含む申告情報は、例えば図１１A及び図１１Ｂに示すように、時間の経過と共に変動する。そこで、第２発電制御装置１７−２の情報通信部３７は、時々刻々と変動する発電計画値（発電計画情報）及び充放電可能出力値（蓄電状態情報）を含む申告情報を、予め定められる時間間隔（固定値でもよいし、可変値でもよい）で電力事業者２１宛に送信する。この申告情報を受けた電力事業者２１の側では、申告情報を受けた各時刻毎に、蓄電装置１５の充放電がどの程度可能かに係る蓄電状態情報を的確に把握することが可能となる。なお、蓄電状態情報として、蓄電装置１５に係る充電率（ＳＯＣ）を採用してもよい。
以下では、蓄電状態情報として、蓄電装置１５に係るＳＯＣ値及び充放電可能出力値を採用した例をあげて説明する。

ここで、蓄電装置１５に係るＳＯＣ値及び充放電可能出力値を決定する手法の例について、図３を参照して説明する。
いま、蓄電装置１５の現時点のＳＯＣ値での放電可能出力値をＰＢ＿Ｄ（ＳＯＣ）とし、充電可能出力値をＰＢ＿Ｃ（ＳＯＣ）とする。第２発電制御装置１７−２は、図３に示すように、ある時間ｔが経過した後の発電計画値変動幅の確率密度から、必要となる充放電出力値と、ｔ時間後のＳＯＣ値を推定し、各時刻毎のＳＯＣ値、放電可能出力値ＰＢ＿Ｄ、及び充電可能出力値ＰＢ＿Ｃをそれぞれ決定する。

また、蓄電装置１５に係るＳＯＣ値及び充放電可能出力値を決定する別の手法として、第２発電制御装置１７−２は、不図示のデータベースに予め蓄積しておいた過去の風力発電装置１３による発電出力データ、及び対応する蓄電装置１５のＳＯＣ値変化データを参照し、現時点の発電出力及びＳＯＣ値の組み合わせと類似するパターンを抽出し、抽出した類似するパターンに対応するＳＯＣ値、放電可能出力値ＰＢ＿Ｄ、及び充電可能出力値ＰＢ＿Ｃを、蓄電装置１５に係るＳＯＣ値及び充放電可能出力値として決定してもよい。

電力事業者２１宛に送信する蓄電状態情報としては、前記したように、図１２に示すような情報を採用することができる。すなわち、例えば、放電可能量ＰＢ＿Ｄ、充電可能量ＰＢ＿Ｃ、充電率ＳＯＣなどの情報を、蓄電状態情報として採用することができる。

〔第２風力発電システム１１−２が有する第２発電制御装置１７−２の動作〕
次に、第２風力発電システム１１−２が有する第２発電制御装置１７−２の動作について、図１３を参照して説明する。
ここで、図６に示す第１発電制御装置１７−１の動作と、図１３に示す第２発電制御装置１７−２の動作とでは、ステップS１６−２の部分のみが相違しており、その他の処理の流れは共通である。そこで、ステップS１６−２の処理内容に注目して説明することで、第２発電制御装置１７−２の動作説明に代えることとする。
ステップS１６−２において、第２発電制御装置１７−２の情報通信部３７は、情報生成部３５で生成された申告情報（発電計画値、並びに、蓄電装置１５に係るＳＯＣ値及び充放電可能出力値：蓄電状態情報）を、電力系統２３を運用する電力事業者２１宛に送信する。

〔本発明の第３実施形態に係る第３発電制御装置１７−３〕
次に、本発明の第３実施形態に係る第３発電制御装置１７−３について、図１４〜図１６を参照して説明する。ただし、第３発電制御装置１７−３が属する第３風力発電システムの構成は、第２風力発電システム１１−２の構成と実質的に共通のため、その図示を省略する。

第２実施形態に係る第２発電制御装置１７−２と、第３実施形態に係る第３発電制御装置１７−３との相違点は、図１０及び図１４を対比して示すように、第３発電制御装置１７−３では、蓄電池指令部３９が追加されている点である。
蓄電池指令部３９は、系統情報取得部３１で取得した系統情報に含まれる、蓄電池充放電指令と、状態情報取得部３３で取得した蓄電装置１５に係るＳＯＣ値及び充放電可能出力値（蓄電状態情報）とを参照して、蓄電装置１５が有する蓄電池への充放電指令を行う機能を有する。
すなわち、電力事業者２１の側が、蓄電装置１５に係る蓄電状態情報と、電力系統２３に係る状態情報とに基づいて、所要の蓄電池充放電出力を充足可能な蓄電池充放電指令を生成し、生成した蓄電池充放電指令を、第３実施形態に係る第３発電制御装置１７−３宛に送信する。
これを受けて、第３発電制御装置１７−３は、電力事業者２１の側から送信されてきた蓄電池充放電指令に従って、蓄電装置１５が有する蓄電池への充放電指令を行う。
これにより、電力事業者２１の要請に応じた電力の調達を遠隔的に行うことができるため、電力系統２３の安定運用に多大な貢献を果たすことができる。

電力事業者２１の側から送信される系統情報（蓄電池充放電指令）としては、図１５に示すような情報を採用することができる。すなわち、例えば、充放電指令ＰＢ＿Ｓ＊、継続時間ＴＢ＿Ｓ＊、目標ＳＯＣ：ＳＯＣ＿Ｓ＊などの情報を、系統情報（蓄電池充放電指令）として採用することができる。

〔第３実施形態に係る第３発電制御装置１７−３の動作〕
次に、第３実施形態に係る第３発電制御装置１７−３の動作について、図１６を参照して説明する。
ここで、図１３に示す第２発電制御装置１７−２の動作と、図１６に示す第３発電制御装置１７−３の動作とでは、ステップS１７〜Ｓ１８の部分のみが相違しており、その他の処理の流れは共通である。そこで、ステップS１７〜Ｓ１８の処理内容に注目して説明することで、第３発電制御装置１７−３の動作説明に代えることとする。
ステップS１７において、第３発電制御装置１７−３の蓄電池指令部３９は、系統情報取得部３１で取得した系統情報に含まれる、蓄電池充放電指令を取得する。
ステップS１８において、第３発電制御装置１７−３の蓄電池指令部３９は、ステップS１７で取得した蓄電池充放電指令と、状態情報取得部３３で取得した蓄電装置１５に係るＳＯＣ値及び充放電可能出力値（蓄電状態情報）とを参照して、蓄電装置１５が有する蓄電池への充放電指令を行う。
第３実施形態に係る第３発電制御装置１７−３によれば、電力事業者２１の要請に応じた電力の調達を遠隔的に行うことができるため、電力系統２３の安定運用に多大な貢献を果たすことができる。

〔本発明の第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２〕
次に、本発明の第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２について、図１７〜図１８を参照して説明する。ただし、本発明の第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２が属する第２風力発電システム１１−２の構成は、前記第２風力発電システム１１−２の構成と共通のため、その図示を省略する。

第２実施形態に係る第２発電制御装置１７−２と、第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２との相違点は、図１０及び図１７を対比して示すように、第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２では、系統情報取得部３１による系統情報の取得が、何らかの理由により途絶えている点である。
この場合、第２発電制御装置１７−２の情報生成部３５は、系統情報を参照することができない。そのため、情報生成部３５は、状態情報取得部３３で取得した風力発電装置１３に係る発電状態情報及び蓄電装置１５に係る蓄電状態情報、並びに、予測提供者２５等から提供される発電予測値に基づいて、発電計画値及び蓄電装置１５の充放電可能出力値（蓄電状態情報）を含む申告情報を生成する。

〔第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２の動作〕
次に、第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２の動作について、図１８を参照して説明する。
ここで、図１３に示す第２実施形態に係る第２発電制御装置１７−２の動作と、図１８に示す第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２の動作とでは、ステップS１４の部分のみが相違しており、その他の処理の流れは共通である。すなわち、図１８に示す第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２では、第２実施形態に係る第２発電制御装置１７−２の動作のうち、ステップS１４の処理である系統情報の取得が省略されている。

第４実施形態に係る第２発電制御装置１７−２によれば、系統情報取得部３１による系統情報の取得が、何らかの理由により途絶えた場合であっても、発電状態情報及び蓄電状態情報、並びに、発電予測値に基づいて、発電計画値及び蓄電装置１５の充放電可能出力値（蓄電状態情報）を含む申告情報を生成するため、フェールセーフ機能を有する風力発電システムを構築することができる。

〔本発明の第５実施形態に係る第１再生可能エネルギー発電システム１１１−１〕
次に、本発明の第５実施形態に係る第１再生可能エネルギー発電システム１１１−１について、図１９〜図２０を参照して説明する。
第５実施形態に係る第１再生可能エネルギー（以下、“再生可能エネルギー”を“ＲＥ”と略記する場合がある。）発電システム１１１−１は、図１９に示すように、ＲＥ発電装置１１３と、電源装置１１５と、ＲＥ発電制御装置１１７とを備えて構成されている。

ＲＥ発電装置１１３は、風力、太陽光、水力、地熱、太陽熱、大気中の熱その他の自然界に存する熱、バイオマスなどの再生可能エネルギーを用いて発電を行う機能を有する。

電源装置１１５は、ＲＥ発電と比べて経時的な変動幅の少ない電力を供給可能に構成されている。電源装置１１５は、例えば、燃料の供給によって発電出力を制御可能な発電装置により構成することができる。具体的には、電源装置１１５は、特に限定されないが、例えば、ガスエンジン発電装置、ディーゼルエンジン発電装置、燃料電池発電装置等により構成すればよい。さらに、電源装置１１５は、内燃機関を用いた発電装置や、特定規模電気事業者（ＰＰＳ）の発電装置であってもよい。

ＲＥ発電装置１１３及び電源装置１１５は、電力線に存する第１の連系点１１９を介して、電力事業者２１が運用する電力系統２３に電気的に接続されている。ＲＥ発電装置１１３及び電源装置１１５は、共通の発電施設内に設けられている。ＲＥ発電装置１１３及び電源装置１１５は、第１ＲＥ発電システム１１１−１の発電電力を、電力系統２３に供給するように動作する。

ＲＥ発電制御装置１１７は、発電計画に係る発電計画値（本発明の“発電計画情報”に相当する。）を生成すると共に、生成した発電計画値に従って、ＲＥ発電装置１１３に係る発電出力及び電源装置１１５に係る発電出力の制御を行う機能を有する。
また、ＲＥ発電制御装置１１７は、ＲＥ発電装置１１３に係る発電状態情報及び電源装置１１５に係る給電状態情報を取得すると共に、発電計画値（発電計画情報）、並びに、発電状態情報及び及び給電状態情報（発電・電源状態情報）を、電力系統２３を運用する電力事業者２１宛に送信（申告）する機能を有する。
ＲＥ発電制御装置１１７は、ＲＥ発電装置１１３及び電源装置１１５と共通の発電施設内に設けられている。

前記諸機能を実現するために、ＲＥ発電制御装置１１７は、図２０に示すように、系統情報取得部１３１と、状態情報取得部１３３と、情報生成部１３５と、情報通信部１３７と、を備える。ＲＥ発電制御装置１１７は、基本的に、系統情報取得部１３１で取得した系統情報、並びに、状態情報取得部１３３で取得した発電状態情報及び給電状態情報（発電・電源状態情報）に基づいて、ＲＥ発電装置１１３に係る発電出力及び電源装置１１５に係る供給電力の制御を行う機能を有する。

系統情報取得部１３１は、電力事業者２１から通信媒体を介して送られてくる、電力系統２３の状態を表す系統情報を取得する機能を有する。系統情報としては、例えば、電力事業者２１の要請に基づく発電・給電指令を採用することができる。

状態情報取得部１３３は、ＲＥ発電装置１１３に係る発電状態情報及び電源装置１１５に係る給電状態情報（発電・電源状態情報）を取得する機能を有する。なお、ＲＥ発電装置１１３に係る発電状態情報とは、ＲＥ発電装置１１３による発電電力の実測値を含む情報である。また、電源装置１１５に係る給電状態情報とは、ＲＥ発電装置１１３による給電可能出力値を含む情報である。

情報生成部３５は、発電計画に係る発電計画値（発電計画情報）を生成する機能を有する。なお、発電計画値（発電計画情報）とは、ＲＥ発電装置１１３による発電計画を時系列に沿って記述した情報である。

情報通信部３７は、情報生成部３５で生成された発電計画値（発電計画情報）、並びに、状態情報取得部１３３で取得された発電状態情報及び給電状態情報（発電・電源状態情報）を、電力系統２３を運用する電力事業者２１宛に送信する機能を有する。

第５実施形態に係る第１再生可能エネルギー発電システム１１１−１によれば、経時的に発電電力が変動するＲＥ発電装置１１３と、ＲＥ発電と比べて経時的な変動幅の少ない電力を供給可能な電源装置１１５とを組み合せて適用することにより、ＲＥ発電装置１１３での発電予測値の誤差による発電電力変動の影響を抑制する効果を期待することができる。
また、系統情報として、電力事業者２１の要請に基づく発電・給電指令を採用し、ＲＥ発電制御装置１１７において、電力事業者２１の側から送信されてきた系統情報に含まれる発電・給電指令に従って、ＲＥ発電装置１１３に係る発電出力及び電源装置１１５に係る供給電力の制御を行う構成を採用すれば、電力事業者２１の要請に応じた電力の調達を遠隔的に行うことができるため、電力系統２３の安定運用に多大な貢献を果たすことができる。

〔本発明の第６実施形態に係る第２ＲＥ発電システム１１１−２〕
次に、本発明の第６実施形態に係る第２ＲＥ発電システム１１１−２について、図２１を参照して説明する。
第５実施形態に係る第１ＲＥ発電システム１１１−１と、第６実施形態に係る第２ＲＥ発電システム１１１−２との相違点は、図１９及び図２１を対比して示すように、第５実施形態に係る第１ＲＥ発電システム１１１−１では、ＲＥ発電装置１１３及び電源装置１１５は、共通の発電施設内に設けられているのに対し、第６実施形態に係る第２ＲＥ発電システム１１１−２では、電源装置１１５は、ＲＥ発電装置１１３とは異なる場所に位置する発電施設に設けられている点である。
そのため、電源装置１１５は、第１の連系点１１９とは異なる電力線に存する第２の連系点１２１を介して、電力事業者２１が運用する電力系統２３に電気的に接続されている。なお、第２の連系点１２１は、前記電力系統２３とは異なる電力系統（電力系統２３を運用管理する電力事業者２１とは異なるエリア）に属する構成であってもよい。この場合、第１の連系点１１９及び第２の連系点１２１は、複数の電力系統を含む連系線を介して、電気的に接続される。
第６実施形態に係る第２ＲＥ発電システム１１１−２において、その他の構成は、第５実施形態に係る第１ＲＥ発電システム１１１−１と同じである。

第６実施形態に係る第２再生可能エネルギー発電システム１１１−２によれば、電源装置１１５を、ＲＥ発電装置１１３とは異なる場所に位置する発電施設に設けた場合でも、ＲＥ発電装置１１３での発電予測値の誤差による発電電力変動の影響を抑制したり、電力事業者２１の要請に応じた電力の調達を遠隔的に行うなどといった、第５実施形態に係る第１再生可能エネルギー発電システム１１１−１と同等の効果を期待することができる。

〔その他の実施形態〕
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。

１１−１ 第１風力発電システム
１３ 風力発電装置
１５ 蓄電装置
１７−１ 第１発電制御装置
１９ 連系点
２１ 電力事業者
２３ 電力系統
３１ 系統情報取得部
３３ 状態情報取得部
３５ 情報生成部
３７ 情報通信部
１１−２ 第２風力発電システム
１７−２ 第２発電制御装置
１７−３ 第３発電制御装置
１１１−１ 第１再生可能エネルギー発電システム
１１１−２ 第２再生可能エネルギー発電システム
１１３ 再生可能エネルギー発電装置
１１５ 電源装置
１１７ 再生可能エネルギー発電制御装置
１１９ 第１の連系点
１２１ 第２の連系点
１３１ 系統情報取得部
１３３ 状態情報取得部
１３５ 情報生成部
１３７ 情報通信部

Claims (10)

1. 電力系統に連系されて風力発電を行う風力発電装置と、前記電力系統に連系されて前記風力発電装置で発電した電力の充放電を行う蓄電装置と、前記風力発電装置に係る発電出力及び前記蓄電装置に係る充放電の制御を行う発電制御装置と、を備えて構成される風力発電システムであって、
   前記発電制御装置は、
   前記電力系統の状態を表す系統情報を取得する系統情報取得部と、
   前記風力発電装置に係る発電状態情報及び前記蓄電装置に係る蓄電状態情報を取得する状態情報取得部と、
   発電計画に係る発電計画情報、及び当該発電計画の変動幅に相関する変動幅相関情報を生成する情報生成部と、
   前記情報生成部で生成された前記発電計画情報及び前記変動幅相関情報を、前記電力系統を運用する電力事業者宛に送信する情報通信部と、を備え、
   前記系統情報取得部で取得した前記系統情報、並びに、前記状態情報取得部で取得した前記発電状態情報及び前記蓄電状態情報に基づいて、前記風力発電装置に係る発電出力及び前記蓄電装置に係る充放電の制御を行う
   ことを特徴とする風力発電システム。
2. 請求項１に記載の風力発電システムであって、
   前記情報生成部は、前記系統情報取得部で取得した前記系統情報に基づいて、前記発電計画情報及び前記変動幅相関情報を生成し、
   前記発電制御装置は、
   前記情報生成部で生成された前記発電計画情報の値に追従するように前記風力発電装置に係る発電出力を制御する
   ことを特徴とする風力発電システム。
3. 請求項２に記載の風力発電システムであって、
   前記情報生成部は、前記系統情報に含まれる前記電力系統の供給予備力が、予め定められる予備力閾値を下回る場合に、前記変動幅相関情報の値として、前記電力系統の供給予備力が前記予備力閾値以上の際の前記変動幅相関情報の値と比べて高確度の値を生成する
   ことを特徴とする風力発電システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の風力発電システムであって、
   前記情報通信部は、前記系統情報に含まれる前記電力系統の供給予備力が、予め定められる予備力閾値を下回る場合に、前記情報生成部で生成された前記発電計画情報及び前記変動幅相関情報の送信周期として、前記電力系統の供給予備力が前記予備力閾値以上の際の前記発電計画情報及び前記変動幅相関情報の送信周期と比べて短い周期を用いる
   ことを特徴とする風力発電システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の風力発電システムであって、
   前記風力発電装置に係る発電状態情報は、当該風力発電装置に係る発電出力の計測値を含み、
   前記蓄電装置に係る蓄電状態情報は、当該蓄電装置に係る充放電可能出力値及び充電率を含む
   ことを特徴とする風力発電システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の風力発電システムであって、
   前記発電制御装置は、
   前記系統情報に含まれる前記蓄電装置に係る充放電出力及び充電率の指令値に追従するように前記蓄電装置に係る充放電の制御を行う
   ことを特徴とする風力発電システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の風力発電システムであって、
   前記情報生成部は、前記系統情報を取得できない場合に、前記状態情報取得部で取得した前記発電状態情報及び前記蓄電状態情報を用いて、前記電力事業者宛の送信対象となる前記発電計画情報及び前記変動幅相関情報を生成する
   ことを特徴とする風力発電システム。
8. 電力系統に連系されて再生可能エネルギー発電を行う再生可能エネルギー発電装置と、前記電力系統に連系されて前記再生可能エネルギー発電と比べて経時的な変動幅の少ない電力を供給可能な電源装置と、前記再生可能エネルギー発電装置に係る発電出力及び前記電源装置に係る供給電力の制御を行う発電制御装置と、を備えて構成される再生可能エネルギー発電システムであって、
   前記発電制御装置は、
   前記電力系統の状態を表す系統情報を取得する系統情報取得部と、
   前記再生可能エネルギー発電装置に係る発電状態情報及び前記電源装置に係る給電状態情報を取得する状態情報取得部と、
   発電計画に係る発電計画情報を生成する情報生成部と、
   前記情報生成部で生成された前記発電計画情報、並びに、前記状態情報取得部で取得された前記発電状態情報及び前記給電状態情報を、前記電力系統を運用する電力事業者宛に送信する情報通信部と、を備え、
   前記系統情報取得部で取得した前記系統情報、並びに、前記状態情報取得部で取得した前記発電状態情報及び前記給電状態情報に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置に係る発電出力及び前記電源装置に係る供給電力の制御を行う
   ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。
9. 請求項８に記載の再生可能エネルギー発電システムであって、
   前記再生可能エネルギー発電装置は、第１の連系点を介して前記電力系統に連系され、
   前記電源装置は、前記第１の連系点とは異なる第２の連系点を介して前記電力系統に連系される
   ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。
10. 請求項８に記載の再生可能エネルギー発電システムであって、
    前記再生可能エネルギー発電装置は、第１の連系点を介して前記電力系統に連系され、
    前記電源装置は、前記電力系統とは別異の電力系統に属する第２の連系点を介して当該別異の電力系統に連系される
    ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。

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