JP2017182399A - 電力系統運転制御システム、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】再生可能エネルギーが多量に接続された電力系統において、より経済的な需給制御を行う。【解決手段】 本発明の一態様は、第１の再生可能エネルギー変動予測部１０が予測した再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量ｄ１とその上限値及び下限値を、電力系統の予測総需要量ｄ２に反映し、再生可能エネルギー発電設備以外の複数の発電機で発電すべき発電量を含む需給計画ｄ３を立案する需給計画部２０と、その需給計画ｄ３と、第２の再生可能エネルギー変動予測部３０が予測した再生可能エネルギー発電設備の第１の期間よりも短い第２の期間の発電量ｄ４とその上限値及び下限値を元に、各発電機３の発電指令値を出力する需給制御部５０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電力系統の需給制御を行う電力系統運転制御システム、方法及びプログラムに関する。

電力システムの電力系統は、供給する電力品質の維持のため、負荷（需要量）に対して発電量が等しくなる（同時同量と呼ばれる）ように常時制御されている。これを需給制御という。通常、電力システムでは、負荷は制御が困難であり、発電量を制御する。近年増えつつある風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギー発電は、電力系統の需給制御を行うシステムから制御ができないものが多い。現状は、水力発電機及び火力発電機等の出力増減運用型発電機の予備力と下げ余力を余分に確保することで対応している。このことが水力発電機及び火力発電機の経済的運用の妨げとなっている。

そこで、例えば特許文献１のように、気象データに基づく風力発電の予測値を元に、電力系統全体での発電コストが最小となるように出力増減運用型発電機の出力量を決定する方法が提案されている。

特開２００８−２４５３７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術には、特に電力系統に再生可能エネルギー発電設備が多量に接続された際に、気象データによる発電量の予測精度が影響して、経済的な需給制御が行うことが難しいという問題があった。

上記の状況から、本発明は、再生可能エネルギー発電設備が多量に接続された電力系統において、より経済的な需給制御を行う手法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、第１の再生可能エネルギー変動予測部、第２の再生可能エネルギー変動予測部、需給計画部、及び需給制御部を備える。
第１の再生可能エネルギー変動予測部は、第１の期間の気象予測データを元に、電力系統に接続された再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量を予測する。
第２の再生可能エネルギー変動予測部は、第１の期間よりも短い第２の期間の気象予測データを元に、再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量を予測する。
需給計画部は、第１の再生可能エネルギー変動予測部が予測した再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量とその上限値及び下限値を、電力系統の予測総需要量に反映し、電力系統に接続された再生可能エネルギー発電設備以外の複数の発電機で発電すべき発電量を含む需給計画を立案する。
需給制御部は、需給計画部で立案された需給計画と、第２の再生可能エネルギー変動予測部が予測した再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量とその上限値及び下限値を元に、各発電機の発電指令値を出力する。

本発明の少なくとも一態様によれば、再生可能エネルギー発電設備が多量に接続された電力系統において、経済的な需給制御を実施可能である。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

電力系統に再生可能エネルギー発電設備が接続された電力システムの構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る中央給電指令所が備える電力系統運転制御システムの構成を示すブロック図である。 コンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。 図２の需給計画装置が備える機能の構成を示すブロック図である。 再生可能エネルギー長期変動予測装置で予測された長期の再生可能エネルギー予測発電量の一例を示すグラフである。 再生可能エネルギー予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量の一例を示すグラフである。 図２の需給制御装置が備える機能の構成を示すブロック図である。 再生可能エネルギー直近変動予測装置で予測された直近の再生可能エネルギー予測発電量の一例を示すグラフである。 需給制御装置から出力される単位時間ごとの発電指令値の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る需給計画装置による需給計画処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る需給制御装置による需給制御処理例を示すフローチャートである。 発電機の可能発電量と発電コストが登録された発電機情報テーブルの例を示す図である。 従来技術に係る予測総需要量曲線の一例を示す図である。 従来技術で必要な瞬動予備力の一例を示す図である。 本発明の一実施形態で必要な瞬動予備力の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

＜１．一実施形態＞
［電力システムの概要］
図１は、電力系統に再生可能エネルギー発電設備が接続された電力システムの構成を示す概略図である。
図１に示す電力システムの電力系統１には、発電所２の複数の発電機３Ａ，３Ｂと、再生可能エネルギー発電所４の再生可能エネルギー発電設備５と、需要家の負荷６Ａ，６Ｂと、中央給電指令所７が接続されている。以下の説明では、発電機３Ａ，３Ｂを特に区別しない場合又は総称する場合には、発電機３と記す。同様に、負荷６Ａ，６Ｂを特に区別しない場合又は総称する場合には、負荷６と記す。

発電所２は、再生可能エネルギー発電以外の方法で発電を行う発電機を備える発電所であり、例えば、火力発電所、水力発電所、原子力発電所などである。電力系統１に接続される発電機３には、少なくとも発電量を数分単位又はそれ以下の短時間で変更できる出力増減運用型発電機が一基以上含まれる。

再生可能エネルギー発電設備５は、自然の力で定常的（もしくは反復的）に補充されるエネルギー資源（再生可能エネルギー）を用いて発電を行う発電設備であって、気象条件等によって発電量が変化する発電設備であり、例えば風力発電機、太陽光発電設備、波力・潮力発電機等が該当する。

中央給電指令所７は、電力系統運転制御システム８を備え、各発電機３及び再生可能エネルギー発電設備５から発電量の情報を取得するとともに、需要家の負荷６の総需要量を取得し、各発電機３及び再生可能エネルギー発電設備５が発電すべき発電量即ち発電指令値を決定する。このとき、中央給電指令所７は、長期の気象予測データに加えて、直近の気象予測データを反映して、各発電機３に対する発電指令値を決定する。近年、直近の再生可能エネルギー発電量の予測の精度が極めて高くなっている。

長期（第１の期間）とは、現時点から未来までのある期間であり、例えば翌１日間、
２〜３日間、又は１週間などである。長期の気象予測データは、第１の気象予測データである。また、直近（第２の期間）とは、現在から未来までの極期間であり、例えば現時点から３０分間などである。第２の期間は、第１の期間よりも短い期間であり、特に極近い未来を想定している。

［電力系統運転制御システム］
図２は、中央給電指令所７が備える電力系統運転制御システム８の構成を示すブロック図である。
電力系統運転制御システム８は、再生可能エネルギー長期変動予測装置１０と、需給計画装置２０と、再生可能エネルギー直近変動予測装置３０と、監視装置４０と、需給制御装置５０を備える。各装置間は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮにより相互に通信可能に接続されている。

再生可能エネルギー長期変動予測装置１０は、長期の気象予測データｗ１等を受け付けて、再生可能エネルギー発電設備５が発電する単位時間ごとの発電量の長期変動に係るデータ（長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１）を出力する。再生可能エネルギー長期変動予測装置１０は、第１の再生可能エネルギー変動予測部の一例である。長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１には、所定期間（例えば翌１日間）の再生可能エネルギー予測発電量の中央値、上限値及び下限値のデータが含まれる。なお、長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１に中央値、上限値及び下限値が含まれるとしたが、中央値は上限値と下限値の間の値であれば中央の値でなくてもよいことは勿論である。

気象予測データは、気象庁や天気予報会社が作成したデータ或いは自社で作成したデータでもよい。気象予測データは、例えば再生可能エネルギー発電設備５が風力発電機である場合には、その設置場所での気圧配置等の風速及び風向（以下、「風況」）の算出の基礎となるデータである。また、再生可能エネルギー発電設備５が太陽光発電設備である場合には、その設置場所での天候等の日照量の算出の基礎となるデータである。

なお、気象予測データの入力は、操作者の操作部６６（図３参照）による手入力であってもよいし、インターネット等の電気通信回線を介してデータを受信することでもよい。再生可能エネルギー長期変動予測装置１０は、翌日及び週間単位での再生可能エネルギー発電量の変動予測には長期の気象予測データを用い、月間単位及び年間単位では、その季節の気象条件に応じて長期の再生可能エネルギー予測発電量を算出する。

需給計画装置２０(需給計画部の一例)は、長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１を受け付けて、電力系統１の需給計画ｄ３を出力する。需給計画装置２０では、長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の変動を予測総需要量ｄ２に反映して需給計画ｄ３を立案する。即ち需給計画装置２０は、長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の変動分を、各発電機３の予備力及び下げ余力に反映するのではなく、予測総需要量ｄ２に反映する。長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の変動分は、マイナス値の負荷として需給計画ｄ３に組み入れられる。

再生可能エネルギー直近変動予測装置３０は、直近（例えば現時点から３０分間）の気象予測データｗ２を受け付けて、再生可能エネルギー発電設備５が発電する単位時間ごとの発電量の直近変動に係るデータ（直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４）を出力する。再生可能エネルギー直近変動予測装置３０は、第２の再生可能エネルギー変動予測部の一例である。直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４には、例えば現時点から３０分間の再生可能エネルギー予測発電量の中央値、上限値及び下限値のデータが含まれる。再生可能エネルギー直近変動予測装置３０では、例えば直近３０分間の気象予測データに基づき、直近の高精度な再生可能エネルギー予測発電量ｄ４の予測を行う。

この予測は後述する図６から理解されるように、直近（現時点から近い未来）であるほど高精度となる。したがって、その再生可能エネルギー予測発電量の上限方向及び下限方向の変動量は、直近であるほど小さな値となる。なお、直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４に中央値、上限値及び下限値が含まれるとしたが、長期の場合と同様に、中央値は上限値と下限値の間の値であれば中央の値でなくてもよいことは勿論である。

監視装置４０は、電力系統１から供給される情報に基づいて、電力系統１の現在の総需要量ｄ５を算出し、現在の総需要量ｄ５を需給制御装置５０に出力する。

需給制御装置５０（需給制御部の一例）は、需給計画ｄ３、直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４、及び現在の総需要量ｄ５に基づいて、各発電機３の発電指令値を出力する。このとき、直近の再生可能エネルギー予測発電量の変動量（後述する図６の変動幅Ｖ２）は小さな値となることから、直近の各発電機３に対する発電指令値は経済的な指令値となる。また、直近以外即ち長期では、再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の変動量（図６の変動幅Ｖ１）は大きな値となるため、需給バランスを崩すような無理な発電指令は自ずと排除される。

［各装置のハードウェア構成例］
図３は、各装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

ここでは、上述した電力系統運転制御システム８に示された再生可能エネルギー長期変動予測装置１０、需給計画装置２０、再生可能エネルギー直近変動予測装置３０、監視装置４０、需給制御装置５０を構成する計算機６０のハードウェア構成を説明する。なお、各装置の機能、使用目的に合わせて計算機６０の各部は取捨選択される。

計算機６０は、いわゆるコンピュータとして用いられるハードウェアである。計算機６０は、バス６４にそれぞれ接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３を備える。さらに、計算機６０は、表示部６５、操作部６６、不揮発性ストレージ６７、ネットワークインターフェース６８を備える。

ＣＰＵ６１は、本実施形態に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをＲＯＭ６２から読み出して実行する。なお、計算機６０は、ＣＰＵ６１の代わりに、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等の処理装置を備えるようにしてもよい。

ＲＡＭ６３には、演算処理の途中に発生した変数やパラメータ等が一時的に書き込まれる。表示部６５は、例えば、液晶ディスプレイモニタであり、計算機６０で行われる処理の結果等を運転員に表示する。操作部６６には、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネル等が用いられ、運転員が所定の操作入力、指示を行うことが可能である。

不揮発性ストレージ６７には、ＯＳ（Operating System）、各種のパラメータの他に、計算機６０を機能させるためのプログラムが記録されている。例えば不揮発性ストレージ６７には、各発電機３の予測発電量等の発電機性能、各発電機３の発電コスト、及び再生可能エネルギー発電設備５の予測発電量等を含む発電設備性能等が記憶されている。この不揮発性ストレージ６７としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等が用いられる。

ネットワークインターフェース６８には、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）等が用いられ、ＬＡＮ等のネットワークＮを介して各装置間で各種のデータを送受信することが可能である。

［需給計画装置の構成］
図４は、需給計画装置２０が備える機能の構成を示すブロック図である。ＣＰＵ６１が、ＲＯＭ６２に格納されたプログラムを実行することにより、図４に示す需給計画装置２０の各部の機能が実現される。後述する図８のブロック図についても同様である。

需給計画装置２０は、長期変動予測発電量入力部２１と、予測総需要量入力部２２と、必要発電量算出部２３と、需給計画立案部２４と、発電機発電量記憶部２５と、発電コスト記憶部２６とを備える。

長期変動予測発電量入力部２１は、再生可能エネルギー長期変動予測装置１０からネットワークＮを介して、長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の入力を受け付ける。ここで、長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１について説明する。

図５は、再生可能エネルギー長期変動予測装置１０で予測された長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の一例を示すグラフである。図５の横軸は時間［時］、縦軸は単位時間ごとの発電量を表す。
図５に示した長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１は、一例として現時点から２４時間後（１日後）の発電量の変動を表している。図５に示すように、現時点から時間が経過するほど、長期の再生可能エネルギー予測発電量の中央値７０と、長期の再生可能エネルギー予測発電量の上限値７０Ｕ及び下限値７０Ｌとの差分（変動量）はそれぞれ大きくなる。図５では、長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の上限方向の変動量をＶ_Ｕ、下限方向の変動量をＶ_Ｌで表している。

図４の説明に戻る。予測総需要量入力部２２は、ネットワークＮ又は操作部６６から、予測総需要量ｄ２の入力を受け付ける。

必要発電量算出部２３は、長期変動予測発電量入力部２１で受け付けた長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１と、予測総需要量入力部２２で受け付けた予測総需要量ｄ２を元に、再生可能エネルギー発電設備５以外の発電機３で発電すべき発電量（以下、「必要発電量」）を算出する。

必要発電量算出部２３は、予測総需要量ｄ２から、長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の中央値、下限値及び上限値をそれぞれ差し引いて、再生可能エネルギーの予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量の中央値、上限値及び下限値を算出する。そして、必要発電量算出部２３は、この再生可能エネルギーの予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量の中央値、上限値及び下限値を、再生可能エネルギー発電設備５以外の発電機３で発電すべき長期の必要発電量の中央値、上限値及び下限値として需給計画立案部２４へ出力する。以下では、必要発電量の中央値、上限値及び下限値を総称する場合、「必要発電量」と呼ぶ。

ここで、再生可能エネルギー予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量について説明する。
図６は、再生可能エネルギー予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量の一例を示すグラフである。図６の横軸は時間［時］、縦軸は長期変動を加味した予測総需要量を表す。

図６に示す再生可能エネルギー予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量の中央値８０は、予測総需要量ｄ２と同じである。また再生可能エネルギー予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量の上限値８０Ｕは、中央値８０から長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の下限方向の変動量Ｖ_Ｌを加えたものである。さらに再生可能エネルギー予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量の下限値８０Ｌは、中央値８０から長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１の上限方向の変動量Ｖ_Ｕを差し引いたものである。長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１が上ぶれすると予測総需要量（必要発電量）が減少し、下ぶれすると予測総需要量（必要発電量）が増加する。図６に示すように、長期変動を加味した予測総需要量の上限値から下限値までの変動幅は、長期でＶ１及び直近でＶ２であり、直近（例えば３０分）であるほど小さな値となる。

需給計画立案部２４は、必要発電量算出部２３で算出された、再生可能エネルギー発電設備５以外の発電機３で発電すべき必要発電量に基づいて、需給計画ｄ３を立案する。この需給計画立案部２４は、必要発電量の中央値、上限値及び下限値について、発電機発電量記憶部２５及び発電コスト記憶部２６に記憶された各発電機３の可能発電量及び発電機コストを考慮して、運転する発電機３の組み合わせと各発電機３で発電する発電量を決定する。そして、発電機３の組み合わせと各発電機３の発電量の情報を含む需給計画ｄ３を需給制御装置５０へ出力する。運転する発電機３の組み合わせと各発電機３が発電する発電量を決定する方法については、後に詳述する。

発電機発電量記憶部２５は、各発電機３の可能発電量などの発電性能の情報が登録されたテーブルを記憶する。また発電コスト記憶部２６は、各発電機３の発電コストの情報が登録されたテーブルを記憶する。発電機発電量記憶部２５及び発電コスト記憶部２６は、不揮発性ストレージ６７又はＲＯＭ６２に格納される。各発電機３の可能発電量及び発電機コストの情報は、後述する図１２の発電機情報テーブル２７のように、一つのテーブルにまとめられていてもよい。

［需給制御装置の構成］
図７は、需給制御装置５０が備える機能の構成を示すブロック図である。
需給制御装置５０は、需給計画入力部５１と、直近変動予測発電量入力部５２と、総需要量入力部５３と、発電指令値決定部５４とを備える。

需給計画入力部５１は、需給計画装置２０からネットワークＮを介して、需給計画ｄ３の入力を受け付ける。

直近変動予測発電量入力部５２は、再生可能エネルギー直近変動予測装置３０からネットワークＮを介して、直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４の入力を受け付ける。ここで、直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４について説明する。

図８は、再生可能エネルギー直近変動予測装置３０で予測された直近の再生可能エネルギー予測発電量の一例を示すグラフである。図８の横軸は時間［分］、縦軸は単位時間ごとの発電量を表す。
図８に示した直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４は、一例として現時点から３０分間の発電量の変動を表している。図８に示すように、直近の再生可能エネルギー予測発電量の中央値９０と、直近の再生可能エネルギー予測発電量の上限値９０Ｕ及び下限値９０Ｌとの差分（変動量）はそれぞれ小さいままである。

図７の説明に戻る。総需要量入力部５３は、監視装置４０からネットワークＮを介して、電力系統１の現在の総需要量ｄ５の入力を受け付ける。

発電指令値決定部５４は、各装置から入力された需給計画ｄ３、直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４、及び現在の総需要量ｄ５に基づいて、単位時間（例えば５分）ごと各発電機３に対する発電指令値を決定する。

発電指令値決定部５４は、現在の総需要量ｄ５から、直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４の中央値、上限値及び下限値をそれぞれ差し引いて、再生可能エネルギー予測発電量の直近変動を加味した総需要量の中央値、上限値及び下限値を算出する。そして、この再生可能エネルギー予測発電量の長期変動を加味した総需要量の中央値、上限値及び下限値を、再生可能エネルギー発電設備５以外の発電機３で発電すべき直近の必要発電量の中央値、上限値及び下限値とする。

図９は、需給制御装置５０から出力される単位時間ごとの発電指令値の一例を示す。図９の横軸は時間［分］、縦軸は単位時間ごとの発電指令値を表す。
発電指令値決定部５４は、図９に示すように、単位時間として例えば５分ごとに各発電機３に対する発電指令値１００を計算し、各発電機３へ出力する。

［需給計画処理］
図１０は、需給計画装置２０（図４）による需給計画処理例を示すフローチャートである。ＣＰＵ６１が、ＲＯＭ６２に格納されたプログラムを実行することにより、図１０に示す処理が実現される。後述する図１１のフローチャートについても同様である。

まず需給計画装置２０の長期変動予測発電量入力部２１において、再生可能エネルギー長期変動予測装置１０から長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１（中央値、上限値及び下限値）の入力が受け付けられる（Ｓ１）。また予測総需要量入力部２２において、予測総需要量ｄ２の入力が受け付けられる（Ｓ２）。

次に、必要発電量算出部２３により、入力された長期の再生可能エネルギー予測発電量ｄ１（中央値、上限値及び下限値）と予測総需要量ｄ２を元に、再生可能エネルギー発電設備５以外の発電機３で発電すべき発電量（必要発電量）の中央値、上限値及び下限値が算出される（Ｓ３）。

次に、需給計画立案部２４により、発電機発電量記憶部２５から各発電機３の可能発電量と、発電コスト記憶部２６から各発電機３の発電コストが読み出され、ＲＡＭ６３に展開される（Ｓ４）。

次に、需給計画立案部２４により、再生可能エネルギー発電量を除いた必要発電量の中央値、上限値及び下限値について、各発電機３の可能発電量及び発電機コストを考慮して、運転する発電機３の組み合わせと各発電機３で発電する発電量が決定される（Ｓ５）。そして、需給計画立案部２４により、決定された発電機３の組み合わせと各発電機３で発電する発電量が、需給計画ｄ３として需給制御装置５０へ出力される。

需給計画装置２０は、上記ステップＳ１〜Ｓ５の処理を常時実行し、需給計画ｄ３を需給制御装置５０へ出力する。

［需給制御処理］
図１１は、需給制御装置５０（図７）による需給制御処理例を示すフローチャートである。まず需給制御装置５０の需給計画入力部５１において、需給計画装置２０から需給計画ｄ３の入力を受け付ける（Ｓ１１）。

次に、直近変動予測発電量入力部５２において、再生可能エネルギー直近変動予測装置３０から直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４（中央値、上限値及び下限値）の入力が受け付けられる（Ｓ１２）。また総需要量入力部５３において、監視装置４０から現在の総需要量ｄ５の入力が受け付けられる（Ｓ１３）。

次に、発電指令値決定部５４により、入力された発電機３の組み合わせ及び各発電機３の発電量を含む需給計画ｄ３、直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４、現在の総需要量ｄ５を元に、各発電機３に対する単位時間ごとの発電指令値が決定され、該当発電機３へ出力される（Ｓ１４）。

需給制御装置５０は、上記ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を常時実行して単位時間ごとに各発電機３へ発電指令値を出力し、電力系統の負荷（需要量）に対して発電量が等しくなるように制御する。

上述した一実施形態では、再生可能エネルギー発電設備の長期の発電量を予測し、長期の再生可能エネルギー予測発電量とその上限値及び下限値を予測総需要に組み込んで需給計画（運用する発電機と該当発電機の発電量の決定）を行う。そして、一実施形態では、再生可能エネルギー発電設備の直近の発電量を予測し、直近の再生可能エネルギー予測発電量の上限値及び下限値を用いて、長期の再生可能エネルギー予測発電量の上限値から下限値までの変動幅を狭める。

このような一実施形態の構成により、再生可能エネルギー予測発電量の変動幅を狭めた分の発電量を実際の発電に回すことが可能となり、需給制御の経済性を高めることできる。即ち本実施形態は、再生可能エネルギー発電設備が多量に接続された電力系統において、経済的な需給制御を実施可能である。また、直近の精度の良い（変動の少ない）再生可能エネルギー予測発電量を用いて発電指令値を決定するため、従来よりも少ない瞬動予備力で高品質な需給制御を実施可能である。

［実施例］
次に、従来の方法による需給制御と本発明の一実施形態による需給制御について、具体例を用いて説明する。

例えば、翌日のある１時間（長期）の再生可能エネルギーを除いた予測総需要量が２５０ＭＷｈ、必要予備力が４０ＭＷであるとする。また、１時間の再生可能エネルギー予測発電量が５０ＭＷｈ、再生可能エネルギー予測発電量の下限値が３０ＭＷ、再生可能エネルギーの予測発電量の上限値が７０ＭＷであったとする。これらの予測値は、例えば、過去の気象データと再生可能エネルギー発電量のデータから統計的に求めることができる。

図１２は、発電機の可能発電量と発電コストが登録された発電機情報テーブルの一例を示す。図１２の発電機情報テーブル２７は、発電機発電量記憶部２５のテーブルと発電コスト記憶部２６のテーブルを一つにまとめたものである。

発電機情報テーブル２７は、発電機ごとに発電可能な発電量の上限値及び下限値である「可能上限値（ＭＷ）」及び「可能下限値（ＭＷ）」と、１時間当たりの「発電単価（円／ＭＷｈ）」のフィールドを有するとともに、発電機Ａ〜発電機Ｅについての５個のレコードを有する。

発電機情報テーブル２７において、発電機Ａの可能上限値が１００ＭＷ、可能下限値が２０ＭＷ、発電単価が４０００円／ＭＷｈであり、発電機Ｂの可能上限値が８０ＭＷ、可能下限値が２０ＭＷ、発電単価が４０００円／ＭＷｈである。同様に、発電機Ｃの可能上限値が８０ＭＷ、可能下限値が２０ＭＷ、発電単価が１２０００円／ＭＷｈ、発電機Ｄの可能上限値が６０ＭＷ、可能下限値が４０ＭＷ、発電単価が８，０００円／ＭＷｈ、発電機Ｅの可能上限値が４０ＭＷ、可能下限値が２０ＭＷ、発電単価が６０００円／ＭＷｈである。

（従来の方法の場合）
上記条件のとき、従来の方法では、再生可能エネルギーを除く１時間の予測総需要量は２００（＝２５０−５０）ＭＷｈ、必要予備力は６０ＭＷ＝４０ＭＷ＋２０ＭＷとなる。必要予備力６０ＭＷのうち２０ＭＷは、再生可能エネルギーの変動分である。

［１］ 発電機Ａ（１００ＭＷｈ）＋発電機Ｂ（８０ＭＷｈ）＋発電機Ｃ（２０ＭＷｈ）の組み合わせでは、発電費用は９６０，０００（＝１００×４０００＋８０×４０００＋２０×１２０００）円となる。
［２］ 発電機Ａ（１００ＭＷｈ）＋発電機Ｂ（４０ＭＷｈ）＋発電機Ｄ（４０ＭＷｈ）＋発電機Ｅ（２０ＭＷｈ）の組み合わせでは、発電費用は１，０００，０００円となる。
したがって、従来の方法では、より安い発電機Ａ＋発電機Ｂ＋発電機Ｃの組み合わせが選択されることになる。

（一実施形態の方法の場合）
一方、本発明の一実施形態に係る方法では、再生可能エネルギーを除く１時間の予測総需要量は２００ＭＷｈ、予測総需要量の上限値は２２０ＭＷｈ、予測総需要量の下限値は１８０ＭＷｈ、必要予備力は４０ＭＷとなる。この再生可能エネルギーを除く１時間の予測総需要量の上限値及び下限値には、長期の再生可能エネルギー予測発電量の下限及び上限の変動量の２０ＭＷｈが反映されている。直近（例えば３０分間）の精度のよい再生可能エネルギー予測発電量を用いることにより、再生可能エネルギー分の必要予備力をほほゼロに設定できる。

［１］ 発電機Ａ＋発電機Ｂ＋発電機Ｃの組み合わせ
・予測総需要量の上限値 ：発電機Ａ（１００ＭＷｈ）＋発電機Ｂ（８０ＭＷｈ）＋発電機Ｃ（４０ＭＷｈ）となり、発電費用は１，２００，０００円となる。
・予測総需要量 ：発電機Ａ（１００ＭＷｈ）＋発電機Ｂ（８０ＭＷｈ）＋発電機Ｃ（２０ＭＷｈ）となり、発電費用は９６０，０００円となる。
・予測総需要量の下限値 ：発電機Ａ（１００ＭＷｈ）＋発電機Ｂ（６０ＭＷｈ）＋発電機Ｃ（２０ＭＷｈ）となり、発電費用は８８０，０００円となる。この組み合わせでは、発電機Ｃを入れることによって予備力を確保している。
例として３つの発電費用を単純に合計すると、３，０４０，０００円となる。

［２］ 発電機Ａ＋発電機Ｂ＋発電機Ｄ＋発電機Ｅの組み合わせ
・予測総需要量の上限値 ：発電機Ａ（１００ＭＷｈ）＋発電機Ｂ（６０ＭＷｈ）＋発電機Ｄ（４０ＭＷｈ）＋発電機Ｅ（２０ＭＷｈ）となり、発電費用は１，０８０，０００円となる。
・予測総需要量 ：発電機Ａ（１００ＭＷｈ）＋発電機Ｂ（４０ＭＷｈ）＋発電機Ｄ（４０ＭＷｈ）＋発電機Ｅ（２０ＭＷｈ）となり、発電費用は１，０００，０００円となる。
・予測総需要量の下限値 ：発電機Ａ（１００ＭＷｈ）＋発電機Ｂ（２０ＭＷｈ）＋発電機Ｄ（４０ＭＷｈ）＋発電機Ｅ（２０ＭＷｈ）となり、発電費用は９２０，０００円となる。
例として３つの発電費用を単純に合計すると、３，０００，０００円となる。（２）の場合、特に予測総需要量の上限値に対する発電費用が安い。

したがって、一実施形態に係る方法では、従来の方法の場合と異なり、需給計画立案部２４は、［２］の発電機Ａ＋発電機Ｂ＋発電機Ｄ＋発電機Ｅの組み合わせを選択する。

このように、本発明の一実施形態に係る方法によれば、再生可能エネルギー発電量の変動がある中で、発電機の経済的な組み合わせを、需給計画装置２０による需給計画の段階で選ぶことができる。

［必要瞬動予備力の説明］
ところで、需給制御装置５０から発電機３に制御指令値を送るときには、需給制御装置５０は、再生可能エネルギー直近変動予測装置３０から直近の再生可能エネルギー予測発電量ｄ４のデータを受信することになる。今、水力発電機のような短時間（例えば分単位）で出力増減が可能である、発電効率が良く瞬動予備力として割り当てられている発電機３が存在し、かつ、現在再生可能エネルギー発電設備５が予測発電量の上限値に近いところで発電している場合を想定する。

（従来技術の瞬動予備力）
図１３は、従来技術に係る予測総需要量曲線の一例を示す図である。図１３の横軸は時間［時］、縦軸は再生可能エネルギーを除いた予測総需要量を表す。
従来の予測総需要量は、予測総需要量ｄ２（図２）から長期の再生可能エネルギー予測発電量の中央値７０（図５）を差し引いたもの（図６の長期変動を加味した予測総需要量の中央値８０）と同じである。

図１４は、従来技術で必要な瞬動予備力の一例を示す図である。図１４の横軸は時間［分］、縦軸は瞬動予備力［ＭＷ］を表す。
従来技術では、既述したように長期の再生可能エネルギー予測発電量の変動分を予備力に反映し、需給計画の立案及び需給制御を行っている。そのため、図１４に示すように、例えば現在の発電機３の瞬動予備力１１２が１０ＭＷであっても、時間の経過に伴い再生可能エネルギーの変動量が大きくなり、例えば５分後には、発電機３の瞬動予備力１１１として１５ＭＷが必要となる。即ち、時間の経過に伴う再生可能エネルギーの変動量の増大により、必要とされる瞬動予備力が大きくなる。

（一実施形態の瞬動予備力）
ここでは、一実施形態に係る再生可能エネルギー予測発電量の長期変動を加味した予測総需要量は、例えば図６に示したものと同じであるとする。

図１５は、一実施形態で必要な瞬動予備力の一例を示す図である。図１５の横軸は時間［分］、縦軸は瞬動予備力［ＭＷ］を表す。本実施形態では、長期の再生可能エネルギー予測発電量の変動分を予測総需要量に反映して需給計画を立案するとともに、直近の再生可能エネルギー予測発電量を用いて発電指令値を決定している。そのため、時間が経過しても必要とされる瞬動予備力はほとんど変化することなく、必要とされる瞬動予備力１１３は当初の瞬動予備力１１２（１０ＭＷ）のままである。それにより、従来、瞬動予備力として確保していた５ＭＷを通常の発電に割り当てることができる。それゆえ、効率の良い発電機３によって５ＭＷ多く発電できることになり、経済性が増す結果となる。

なお、本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。

例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることは可能である。また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、上述した本発明の一実施形態に係る電力系統運転制御システム８の各構成要素は、それぞれのハードウェアがネットワークを介して互いに情報を送受信できるならば、いずれのハードウェアに実装されてもよい。また、ある処理部により実施される処理が、１つのハードウェアにより実現されてもよいし、複数のハードウェアによる分散処理により実現されてもよい。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。

１…電力系統、 ３，３Ａ，３Ｂ…発電機、 ５…再生可能エネルギー発電設備、 ６，６Ａ，６Ｂ…負荷、 ８…電力系統運転制御システム、 １０…再生可能エネルギー長期変動予測装置、 ２０…需給計画装置、 ２１…再生可能エネルギー長期予測発電量入力部、 ２２…予測総需要量入力部、 ２３…必要発電量算出部、 ２４…需給計画立案部、 ２７…発電機情報テーブル、 ３０…再生可能エネルギー直近変動予測装置、 ４０…監視装置、 ５０…需給計画装置、 ７０…長期の再生可能エネルギー予測発電量の中央値、 ７０Ｕ…長期の再生可能エネルギー予測発電量の上限値、 ７０Ｌ…長期の再生可能エネルギー予測発電量の下限値、 ８０…長期変動を加味した予測総需要量の中央値、 ８０Ｕ…長期変動を加味した予測総需要量の上限値、 ８０Ｌ…長期変動を加味した予測総需要量の下限値、 ９０…直近の再生可能エネルギー予測発電量の中央値、 ９０Ｕ…直近の再生可能エネルギー予測発電量の上限値、 ９０Ｌ…直近の再生可能エネルギー予測発電量の下限値、 Ｖ_Ｕ…上限方向の変動量、 Ｖ_Ｌ…下限方向の変動量、 Ｖ１，Ｖ２…変動幅

Claims (6)

1. 現時点から第１の期間の気象予測データを元に、電力系統に接続された再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量を予測する第１の再生可能エネルギー変動予測部と、
   前記第１の期間よりも短い第２の期間の気象予測データを元に、前記再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量を予測する第２の再生可能エネルギー変動予測部と、
   前記第１の再生可能エネルギー変動予測部が予測した前記再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量とその上限値及び下限値を、前記電力系統の予測総需要量に反映し、前記電力系統に接続された前記再生可能エネルギー発電設備以外の複数の発電機で発電すべき発電量を含む需給計画を立案する需給計画部と、
   前記需給計画部で立案された前記需給計画と、前記第２の再生可能エネルギー変動予測部が予測した前記再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量とその上限値及び下限値を元に、各発電機の発電指令値を出力する需給制御部と、を備える
   電力系統運転制御システム。
2. 前記需給計画部は、前記発電機の発電コストの合計が最も安価となる前記発電機の組み合わせ、及び該当発電機が発電する発電量を決定する
   請求項１に記載の電力系統運転制御システム。
3. 前記需給計画部は、
   前記電力系統の予測総需要量と、前記再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量とその下限値及び上限値とから、第１の期間内の変動を加味した予測総需要量とその上限値及び下限値を算出し、前記第１の期間内の変動を加味した予測総需要量とその上限値及び下限値から前記再生可能エネルギー発電設備以外で発電すべき必要発電量とその上限値及び下限値を算出する必要発電量算出部と、
   複数の前記発電機の可能発電量と各発電機の発電コストが登録された発電機情報テーブルと、
   前記必要発電量とその上限値及び下限値について、前記発電機情報テーブルに登録された複数の前記発電機の可能発電量と各発電機の発電コストを参照し、前記発電コストの合計が最も安価となる前記発電機の組み合わせ及び該当発電機が発電する発電量を、前記需給計画として決定する需給計画立案部と、を備え、
   前記需給制御部は、
   前記需給計画部の前記需給計画立案部により立案された前記需給計画と、前記第２の再生可能エネルギー変動予測部が予測した前記再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量とその上限値及び下限値と、前記電力系統の現在の総需要量とに基づいて、前記需給計画内の各発電機の発電指令値を決定する発電指令値決定部と、を備える
   請求項２に記載の電力系統運転制御システム。
4. 前記第１の期間は、現時点から１日間、数日間、又は１週間であり、前記第２の期間は、現時点から３０分間である
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力系統運転制御システム。
5. 現時点から第１の再生可能エネルギー変動予測部により、第１の期間の気象予測データを元に、電力系統に接続された再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量を予測し、
   第２の再生可能エネルギー変動予測部により、前記第１の期間よりも短い第２の期間の気象予測データを元に、前記再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量を予測し、
   需給計画部により、前記第１の再生可能エネルギー変動予測部が予測した前記再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量とその上限値及び下限値を、前記電力系統の予測総需要量に反映し、前記電力系統に接続された前記再生可能エネルギー発電設備以外の複数の発電機で発電すべき発電量を含む需給計画を立案し、
   需給制御部により、前記需給計画部で立案された前記需給計画と、前記第２の再生可能エネルギー変動予測部が予測した前記再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量とその上限値及び下限値を元に、各発電機の発電指令値を出力する、
   電力系統運転制御方法。
6. 現時点から第１の期間の気象予測データを元に、電力系統に接続された再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量を予測する手順と、
   前記第１の期間よりも短い第２の期間の気象予測データを元に、前記再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量を予測する手順と、
   予測された前記再生可能エネルギー発電設備の第１の期間の発電量とその上限値及び下限値を、前記電力系統の予測総需要量に反映し、前記電力系統に接続された前記再生可能エネルギー発電設備以外の複数の発電機で発電すべき発電量を含む需給計画を立案する手順と、
   前記需給計画と、予測された前記再生可能エネルギー発電設備の第２の期間の発電量とその上限値及び下限値を元に、各発電機の発電指令値を出力する手順を、
   コンピュータに実行させるための電力系統運転制御プログラム。

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