図1は、電力託送システムの構成を示す。
この電力託送システムは、需要家Aの需要家サイト2と、需要家Bの需要家サイト3と、電力会社又は一般電気事業者5、需要家サイト2、3の間での電力流通に関する総運用コストを最小化にする電力託送制御システム4と、を含む。需要家サイト2、3は、電力網(送配電網、電力系統)1に接続され、電力網1に対して電力の送電および受電を行うことができる。需要家A、Bは、グループ企業等、連携するグループであり、需要家サイト2、3の電力は、共通の管理者により管理される。
電力託送制御システム4は、電力を託送する需要家サイト2に設置される電力託送制御器401と、託送した電力を受ける需要家サイト3に設置される電力託送制御器402と、電力託送制御器401、402の間に設けられる計算機403とを含む。計算機403は、記憶装置と通信装置とプロセッサとを含む。計算機403は、事前の需要家サイトの電力の計画データに基づいて評価された電力の固定の計画コストと、負荷変化の予測に伴う需給調整による可変の調整コストとを考慮した、最適化潮流計算を行うアルゴリズムを記憶する。各電力託送制御器401、402は、計算機であり、記憶装置と通信装置とプロセッサとを含む。各電力託送制御器401、402は、対応する需要家サイトにおいて計測された電力の計測データを取得し、計算機403へ送信する。計算機403は、当該アルゴリズムを用いて指標を計算し、指標に基づいて決定された制御データを電力託送制御器401、402へ送信する。各電力託送制御器401、402は、受信した制御データに従い、対応する需要家サイト内の電力設備の制御指令(調整指令)を生成して、対応する需要家サイトへ送信する。
図2は、需要家サイト2の構成を示す。
需要家サイト2は、短時間で出力調整が可能な発電プラント(調整可能電源)201と、短時間で出力調整が不可能な発電プラント(非調整可能電源)202と、負荷203と、電力制御システム204とを含む。電力制御システム204は、発電プラント201と発電プラント202と負荷203との夫々の電力を計測し、計測データを電力託送制御器401へ送信する。また、電力制御システム204は、電力託送制御器401からの指示に基づいて、発電プラント201、202を制御する。短時間で出力調整が可能な発電プラント201は、電力託送する際、同時同量制度を維持するために、発電プラントの蒸気圧力バルブや燃料バルブを許容範囲以内で調整することで、同時同量制度の単位時間(例えば30分)内で発電出力の調整が可能である。発電プラント201は、例えばガスタービン発電機、ガスエンジン発電機、蓄電池、フライホイール等である。一方、短時間で出力調整が不可能な発電プラント202は、一定のベース発電出力を維持し、単位時間より長時間で出力調整が可能となる。発電プラント202は例えば、蒸気タービン発電機である。また、需要家サイト2は、サイト内の余剰電力を電力網1へ送電する。
図3は、需要家サイト3の構成を示す。
需要家サイト3では、消費電力調整が可能な負荷(調整可能負荷)301と、短時間で出力調整が不可能な発電プラント(非調整可能電源)302と、一般の負荷303と、電力制御システム304とを含む。電力制御システム304は、負荷301と発電プラント302と負荷303との夫々の電力を計測し、計測データを電力託送制御器402へ送信する。また、電力制御システム304は、電力託送制御器402からの指示に基づいて、負荷301と、発電プラント302を制御する。消費電力調整が可能な負荷301は、例えば、空調設備等であり、電力制御システム304からの調整指令に応じて、オフにしたり、出力を低下させたりする。また、需要家サイト3は、サイト内で不足する電力を電力網1から受電する。
電力制御システム204、304の夫々は、単位時間内に複数回、電力を計測する。即ち、計測の時間間隔である計測時間は、単位時間より短い。電力制御システム204、304は、夫々電力託送制御器401、402と一体であってもよい。
この構成により、計算機403は、上記に述べた各発電プラントや負荷の特徴を把握し、電力託送コスト、負荷変動対応の電力料金(買電コストやペナルティ料金)、および自家発電の燃料コストを含む総運用コストと、電力調整用設備の制約とを考慮した、最適化潮流計算を行うことにより、同時同量制度を維持する。ここで、計算機403は、発電プラントの出力の変化により変わる総運用コストを評価する。
図4は、発電プラント出力と総運用コストの関係を示す。
計算機403は、発電プラントi(i=1,…,N:Nは1以上の整数)の出力に対する総運用コストの関係として曲線403aで表される評価関数(コスト関数)を使用する。総運用コストは、計画コストと調整コストを含む。電力託送料金を考慮していない従来の総運用コストの評価関数を用いる場合、発電プラント出力に対する総運用コストの関係は、曲線403bで表される。従来の評価関数は、同時同量制度による基本料金や託送料金を表現した評価関数ではないため、現実的には総運用コストを最小化できない。本実施例の評価関数は例えば、式(1)で表される。
この評価関数は、需要家サイトに設置されている各発電プラントの燃料コスト、電力託送コスト、自家発電以外の各買電コスト、系統運用者によるペナルティ料金等を含む総運用コストを、複数の係数(ai,bi,ci,di,ei)を用いて示す。Piは、発電プラントiの出力を示す。Pi minは、発電プラントiの最小出力を示す。ai,bi,ciを含む第1項は、燃料コスト等、発電プラントiの計画を実行するコストである計画コストを示す。di,eiを含む第2項は、電力託送コスト、買電コスト、電力託送や買電のペナルティ料金等、負荷の消費電力の変動に対応するための調整のコストである調整コストを示す。計画コストは、出力の増大に対して2次関数で増大する。調整コストは、出力の増大に対して周期的に変動する。例えば、買電電力が、契約により定められた上限を超える場合や、託送電力量が契約により定められた変動幅を逸脱する場合、ペナルティ料金が発生する。同時同量制度により、託送電力量は、単位時間の計画値に対して所定の変動幅以内であることが要求される。変動幅は例えば、計画値の±3%である。電力託送コストは、託送するための送電線の容量、使用量、電気的距離等によって決定される。このような評価関数を用いることにより、電力託送コストやペナルティ料金等の調整コストを考慮して、発電プラントの出力を調整することができる。また、複数の需要家サイト内に設置された複数の発電プラントや負荷の電力と、連系している電力系統から購入する電力を組み合わせて評価することができる。計算機403は、発電プラントiの代わりに、消費電力調整が可能な負荷を用いてもよい。
計算機403は、単位時間毎に、次の単位時間の評価関数を最小化するように(コスト条件)、次の単位時間の各発電プラントの出力(制御データ)を求め、電力託送制御器401、402へ指示する、最適化処理を行う。
図5は、最適化処理を示す。
計算機403は、需要家サイト2、3における電力の需給の計画データや、需要家A、Bの電力契約を示す契約情報を示すモデルパラメターと、発電プラントおよび負荷の計測データとを取得する(S110)。ここで、計算機は、各発電プラントが出力を下げる場合と上げる場合のそれぞれの出力変化速度を制約条件とする。式(2)は、発電プラントiの単位時間の出力低下速度の上限DRiを示し、式(3)は、発電プラントiの単位時間の出力増大速度の上限URiを示す。これにより、最適化処理は、発電プラントの出力の変化速度を考慮する。
ここで、Piは現在の単位時間の発電プラントiの出力であり、Pi 0は前回の単位時間の発電プラントiの出力である。このように、計算機403は、発電プラントiの出力の変化速度を制約条件として用いることにより、同時同量制度の要求を満たす調整を行うことができる。
また、計算機403は、各発電プラントにより調整可能な電力の上下限、また電力会社との契約にて決めている買電電力や託送電力の上下限を考慮し、最適化計算の制約条件とする。式(4)は、発電プラントiの調整可能な電力の下限Pi(min)と上限Pi(max)とを示す。
計算機403は、負荷について、負荷の消費電力の時間変化の予測データを示す負荷変化データを取得する。負荷変化データは、単位時間内の複数のサンプルを含む。即ち、負荷変化データのサンプリング周期は、単位時間より短い。計算機403は、計測データ、天気予報、負荷の計画等に基づいて、負荷変化データを予測してもよい。他の装置が負荷変化データを予測してもよい。計算機403は、単位時間より短い時間間隔を持つ負荷変化データを用いることで、単位時間より速い速度で発電プラントの出力を調整することができる。
その後、計算機403は、調整可能な負荷を所有するサイトに対して、稼動している調整可能な負荷の容量により制約条件を変更する(S120)。そして、計算機403は、需給バランスを用いてそれぞれの発電プラントiから調達する電力を潮流計算で算出する(S130)。式(5)は、需給バランスを示す。
ここで、PDjは、各負荷j(j=1,…,M:Mは1以上の整数)の容量を示し、PLは、託送による電力のロスを示す。
計算機は、潮流計算結果に基づいて、需要家サイト間の託送電力を算出する(S140)。その後、計算機は、収束条件を満たすか否かの判定を行い、収束条件を満たす場合は、このフローを終了し、そうでない場合は、託送電力を変更し(S160)、S120へ戻る。ここで、計算機は、同時同量制度の単位時間より短い時間内で収束させるように反復計算を行うことで、最適な託送電力を決定する。
電力託送制御器401は、表示装置と、入力装置と、記憶装置と、演算装置とを含む。表示装置は、画面を表示する。入力装置は、ユーザからの入力を受け付ける。記憶装置は、制御プログラムおよび制御データを記憶する。演算装置は、記憶装置に格納された制御プログラムおよび制御データに基づいて、電力制御システム204、304を制御する。この構成により、電力託送制御器401は、発電プラントおよび負荷から電力の計測データを取得し、計算機403と通信し、発電プラントおよび調整可能負荷へ制御指令を送信する。電力託送制御器402も電力託送制御器401と同様である。
図6は、電力託送制御器401の画面401cを示す。
表示装置により表示される画面401cは、状態表示部401aと、モード選択部401bとを含む。状態表示部401aは、電力託送する際に、計算条件や係数や発電量や運用コストを表示する。モード選択部401bは、入力に応じて、発電プラントの出力調整により電力託送を行う「発電電力調整モード」と、発電プラントに加えて調整可能な負荷を組み合わせて電力託送を行う「発電・負荷電力調整モード」との何れか一つのモードを示す。
図7は、表示の第1の具体例を示す。
この図の例において、状態表示部401aは、発電プラントiの出力と、発電プラントiの運用コストとの関係を示す情報401aaを表示する。この場合、計算機403は、需要家サイト間の託送料金と、電源や負荷の制約条件を考慮して、総運用コストを最小化するために、運転領域D、Eで出力調整のための運転を行わず、それ以外の運転領域A、B、Cの範囲で出力調整を行う。計算機403は、運転領域D、Eで必要な電力を、別の発電プラントや電力網1によって確保する。
このような表示によれば、需要家サイト2、3の管理者は、発電プラントiの出力の調整を確認することができる。
図8は、表示の第2の具体例を示す。
この図の例において、需要家Aの需要家サイト2における電力託送制御器401は、状態表示部401aに、時間変化を示す情報401abを表示し、需要家Bの需要家サイト3における電力託送制御器402は、状態表示部401aに、時間変化を示す情報402abを表示する。情報401abは、需要家Aの需要家サイト2における、電力および運用コストの時間変化をリアルタイムで示す。情報402abは、需要家Bの需要家サイト3における、電力および運用コストの時間変化をリアルタイムで示す。
この例において、需要家サイト3では、需要が買電契約上限(契約電力)を超えて増大することが予測されている。この場合、ペナルティ料金が発生することになる。一方、需要家サイト2では、需要に比べて発電プラントの出力に余裕がある。この場合、電力託送システムは、同時同量制御により、需要家サイト2から需要家サイト3へ電力託送を行う。ここで、計算機403は、単位時間の託送電力量が予め契約により決定された託送電力量に対して変動幅の範囲内になるように、託送電力を決定する。これにより、電力託送コストの増大分だけ運用コストが増大するものの、買電電力量が買電契約上限を超えることによるペナルティ料金を回避することができる。ここで、電力託送コストは、ペナルティ料金より小さい。これにより、需要家サイト2、3の運用コストの合計である運用コストを最小化できる。
計算機403が情報401aa、401ab、401ac等を、表示装置に表示させてもよい。また、計算機403、電力託送制御器401、402等が、発電プラントの発電電力、需要家サイトの送電電力や受電電力、負荷の消費電力、運用コスト等について、計画データ、計測データ等の時間変化を、表示装置に表示させてもよい。
このような表示によれば、需要家サイト2、3の管理者は、計算機403による調整を確認することができる。
本実施例によれば、複数の需要家サイトの電力の全体最適となるように発電出力調整量と電力託送量を計算し、総運用コストを低減することが可能となる。これにより、託送料金や負荷変動に対応するための電力料金と、自家発電による運用コストとのバランスを保つだけではなく、系統安定化にも貢献する。需要家サイト数が増大しても、全体最適化を実現し、総運用コストを低減することが可能となる。また、託送料金や負荷変動対応の電力料金と自家発電との運用コストのバランスを改善し、系統安定化にも貢献する。
電源は、調整可能電源、調整可能負荷等に対応する。制約条件は、式(2)〜(4)等に対応する。制御装置は、電力託送制御器401、402、電力制御システム204、304等に対応する。
以上、本発明の実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲を上記構成に限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。