JP2018014775A - 統括制御装置、統括制御システム、統括制御方法および統括制御プログラム - Google Patents

統括制御装置、統括制御システム、統括制御方法および統括制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】発電システムが備える再生可能エネルギー発電機に積極的に発電を行わせつつ、安定した電力を発電システムから電力系統に供給させることのできる統括制御装置を提供する。【解決手段】再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御装置であって、再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、蓄電池の充電量とに基づいて、発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、電力範囲情報決定部が決定した電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、発電システムを制御する統括制御装置、統括制御システム、統括制御方法および統括制御プログラムに関する。
近年、ＣＯ２の排出量の削減や発電コストの削減のために太陽光または風力などの再生可能エネルギーを利用した発電機（以下、「再生可能エネルギー発電機」という。）の発電システムへの導入が進んでいる。発電システムは、再生可能エネルギー発電機で発電した電力を電力系統に供給することができる。その一方、再生可能エネルギー発電機による発電は天候に左右されやすいため、発電システムが、電力系統に、安定した品質の電力を供給することが困難であるという課題もある。
複数の発電システムによる電力系統への電力供給は、系統中央管理システムにより制御されるが、既存の系統中央管理システムの中には、電力が変動した場合には、適切に発電システムを制御することのできないものも多い。これは、そもそも、再生可能エネルギーを利用した発電をこれまで想定していなかったためである。そのため、系統中央管理システムに与える影響を最小限にしつつ、再生可能エネルギー発電機による発電電力の変動にも対応させる必要がある。
このような課題を解決するために、特許文献１では、発電システムに蓄電池を設け、中央からの指令による出力目標値以上に太陽光発電機が発電を行った場合には、余剰電力を一時的に蓄電池に充電させることにより、低品質の電力が電力系統に供給されるのを防止している。
また、特許文献２では、安定した電力供給が可能な火力発電機および水力発電機の運転計画および発電量の実績値に基づいて、再生可能エネルギー発電機による発電電力が変動したとしても火力発電機および水力発電機がその変動を吸収可能な電力量（連系可能量）を計算している。再生可能エネルギー発電機は、計算した連系可能量の範囲内で発電を行う。これにより、低品質の電力が電力系統に供給されるのを防止している。
特開２０１１−１９３５５１号公報 特開２０１４−９０６６５号公報
しかしながら、特許文献１によると、蓄電池の最大容量を超えて、再生可能エネルギーの発電電力を充電することはできない。このため、蓄電池の満充電時に系統中央管理システムから指令された電力以上の電力を再生可能エネルギー発電機が発電した場合には、低品質の電力が電力系統に供給されてしまうことになる。例えば、蓄電池が満充電に近づきつつあるような場合には、火力発電機などの発電電力を制御可能な発電機を停止させて、系統中央管理システムからの指令電力以上に発電システムが発電しないようにする。しかし、太陽光発電機などの再生可能エネルギー発電機の発電を停止させることが困難な場合がある。このため、蓄電池が満充電になった後は、再生可能エネルギー発電機による発電電力を電力系統に提供する他ない。よって、低品質の電力が電力系統に供給されてしまう。
また、特許文献２によると、再生可能エネルギー発電機による発電量を連系可能量以内に抑えている。これにより、連系可能量を超えて再生可能エネルギー発電機の発電電力が電力系統に供給されるのを抑制している。しかし、再生可能エネルギー発電機による発電電力であっても安定した電力であれば、むしろＣＯ２の排出量の削減や発電コストの削減の観点から、積極的に電力系統に供給して、火力発電機などの発電電力を抑制すべきである。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発電システムが備える再生可能エネルギー発電機に積極的に発電を行わせつつ、安定した電力を発電システムから電力系統に供給させることのできる統括制御装置を提供することを目的とする。
（１）上記目的を達成するために、本発明の一実施態様に係る統括制御装置は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御装置であって、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部とを備える。
（８）本発明の他の実施態様に係る統括制御システムは、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御システムであって、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部とを備える。
（９）本発明の他の実施態様に係る統括制御方法は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御方法であって、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定するステップと、前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、決定された前記電力範囲情報を送信するステップとを含む。
（１０）本発明の他の実施態様に係る統括制御プログラムは、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御するための統括制御プログラムであって、コンピュータを、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部として機能させる。
なお、統括制御装置の一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現したり、統括制御装置を含むその他のシステムとして実現したりすることもできる。
本発明によると、発電システムが備える再生可能エネルギー発電機に積極的に発電を行わせつつ、安定した電力を発電システムから電力系統に供給させることができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る発電システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る統括制御装置が実行する処理の流れを示すフローチャートである。 図３Ａは、電力範囲情報決定処理（図２のＳ３）について説明するための図である。 図３Ｂは、電力範囲情報決定処理（図２のＳ３）について説明するための図である。 図３Ｃは、電力範囲情報決定処理（図２のＳ３）について説明するための図である。 図４は、風力発電機の発電電力と、太陽光発電機の発電電力と、系統中央管理システムが決定する計画電力との時間変化を示すグラフである。 図５は、計画電力に基づく運転計画を実行することによる、制御部の制御結果を示すグラフである。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
（１）本発明の一実施態様に係る統括制御装置は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御装置であって、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部とを備える。
この構成によると、電力範囲情報決定部が、発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す電力範囲情報を決定している。例えば、電力範囲情報決定部は、蓄電池に充放電可能な電力量の範囲を電力範囲情報として決定することができる。この電力範囲情報は、再生可能エネルギー発電機による予測発電量に基づいて算出される。このため、積極的に再生可能エネルギー発電機が発電した場合の発電量を考慮して決定される。また、電力範囲情報送信部は、決定した電力範囲情報を、発電システムにおける発電量を計画する計画装置（例えば、系統中央管理システム）に送信している。このため、計画装置は、電力範囲情報に基づいた発電システムの発電計画を決定することができる。よって、安定した電力を発電システムから電力系統に供給させることができる。
（２）好ましくは、前記電力範囲情報決定部は、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記蓄電池に充放電可能な電力量の範囲を算出し、算出した前記蓄電池に充放電可能な電力量の範囲に基づいて前記電力範囲情報を決定する。
この構成によると、電力範囲情報決定部は、蓄電池に充放電可能な電力量の範囲を電力範囲情報として決定することができる。この電力範囲情報は、再生可能エネルギー発電機による予測発電量に基づいて算出される。このため、電力範囲情報は、積極的に再生可能エネルギー発電機が発電した場合の発電量を考慮して決定される。
（３）好ましくは、前記電力範囲情報決定部は、前記再生可能エネルギー発電機による前記予測発電量と、前記蓄電池の充電量と、前記蓄電池の最大容量とに基づいて、前記再生可能エネルギー発電機による前記予測発電量のうち前記蓄電池に充電することのできない電力量である充電不可能量を算出し、算出した前記充電不可能量に基づいて前記安定供給可能な電力の範囲の下限値を決定する。
この構成によると、充電不可能量に基づく電力を安定供給可能な電力の下限値とする電力範囲情報を計画装置に送信することができる。このため、計画装置は、電力系統に、充電不可能量に基づく電力を最低限供給させるような発電計画を決定することができる。よって、発電システムは、充電不可能量を蓄電池から放電させつつ、再生可能エネルギー発電機による発電電力を蓄電池に充電させることができる。このため、安定した電力を発電システムから電力系統に供給させることができる。
（４）好ましくは、前記電力範囲情報決定部は、さらに、前記発電システムの出力特性に基づいて、前記電力範囲情報を決定する。
この構成によると、例えば、発電システムの出力特性として、既存の火力発電機の出力特性を用いることにより、計画装置は、発電システムを火力発電機と同等にみなすことができる。例えば、火力発電機は一旦停止させると起動に時間を要するが、発電システムにも同様の特性を持たせることにより、計画装置は、発電システムを火力発電機と同等にみなして、発電計画を決定することができる。
（５）好ましくは、前記電力範囲情報決定部は、前記安定供給可能な電力の範囲に対応した、発電に利用されるエネルギーの範囲を前記電力範囲情報として決定する。
この構成によると、電力範囲情報をエネルギーの範囲として決定することができる。既存の計画装置の中には、例えば、火力発電機の燃料量や水力発電機の水量などの範囲に基づいて発電計画を決定するものもある。このため、既存の計画装置に変更を加えることなく、統括制御装置から計画装置に電力範囲情報を送信することができる。
（６）好ましくは、前記発電システムは、さらに、燃料または水力を利用して発電する発電機を備え、前記電力範囲情報決定部は、さらに、前記燃料または水力を利用して発電する発電機による発電量に基づいて、前記電力範囲情報を決定する。
この構成によると、発電システムの中に火力発電機または水力発電機などのような安定して電力を発電可能な発電機が含まれている場合であっても、このような発電機による発電量を考慮して電力範囲情報を決定することができる。
（７）好ましくは、上述の統括制御装置は、さらに、前記計画装置から、前記電力範囲情報に基づく発電計画情報を取得する発電計画情報取得部と、前記再生可能エネルギー発電機による前記予測発電量と、前記発電計画情報取得部が取得した前記発電計画情報とに基づいて、前記再生可能エネルギー発電機および前記蓄電池の運転計画を算出する運転計画算出部とを備える。
この構成によると、電力範囲情報に基づく発電計画情報に基づいて、再生可能エネルギー発電機および蓄電池を運転させることができる。
（８）本発明の他の実施態様に係る統括制御システムは、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御システムであって、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部とを備える。
統括制御システムは、上述の統括制御装置と同様の構成要素を備える。このため、上述の統括制御装置と同様の作用および効果を奏することができる。
（９）本発明の他の実施態様に係る統括制御方法は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御方法であって、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定するステップと、前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、決定された前記電力範囲情報を送信するステップとを含む。
統括制御方法は、上述の統括制御装置が備える処理部に対応するステップを含む。このため、上述の統括制御装置と同様の作用および効果を奏することができる。
（１０）本発明の他の実施態様に係る統括制御プログラムは、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御するための統括制御プログラムであって、コンピュータを、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部として機能させる。
統括制御プログラムは、上述の統括制御装置が備える各処理部としてコンピュータを機能させる。このため、上述の統括制御装置と同様の作用および効果を奏することができる。
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
［１．発電システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る発電システムの構成を示すブロック図である。
発電システム１は、再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備えるシステムである。発電システム１は、統括制御装置１０と、風力発電機２０と、太陽光発電機３０と、蓄電池４０と、火力発電機５０とを備える。
なお、発電システム１が備える発電機の構成はこれに限られるものではなく、水力発電機、ガス発電機、燃料電池などを備えていてもよい。
ここで、風力発電機２０および太陽光発電機３０は、再生可能エネルギー発電機の一例である。発電システム１は、再生可能エネルギー発電機として、太陽熱発電機などを備えていてもよい。なお、水力発電機は、再生可能エネルギーである水を利用しているが、安定して発電が可能であるため、再生可能エネルギー発電機に含まれないこととしてもよい。
統括制御装置１０は、発電システム１における発電量を計画する計画装置の一例である系統中央管理システム３に接続され、系統中央管理システム３から送信される発電計画情報に従い、風力発電機２０、太陽光発電機３０、蓄電池４０および火力発電機５０を制御する。なお、図示を省略しているが、各発電機および蓄電池４０にはパワーコンディショナーが接続されており、統括制御装置１０は、パワーコンディショナーを適宜介して、各発電機および蓄電池４０を制御する。
蓄電池４０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、ニッケル・水素電池、リチウムイオン電池などである。
統括制御装置１０は、インターネットなどの通信回線を介して気象予報サーバ２および系統中央管理システム３に接続され、発電予測部１１と、電力範囲情報決定部１２と、電力範囲情報送信部１３と、発電計画情報取得部１４と、運転計画算出部１５と、制御部１６とを備える。
発電予測部１１は、通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介して、気象予報サーバ２から気象情報を受信する。例えば、発電予測部１１は、３０分ごとの日射量および風速の予測値情報を気象情報として受信する。
発電予測部１１は、受信した気象情報と、風力発電機２０および太陽光発電機３０の定格情報とに基づいて、単位時間（例えば、３０分）ごとの風力発電機２０および太陽光発電機３０の発電量を予測する。つまり、発電予測部１１は、日射量の予測値と太陽光発電機３０の定格値（太陽光発電機３０の最大発電量、システム出力係数など）とに基づいて太陽光発電機３０による３０分間の発電量を予測する。また、発電予測部１１は、風速の予測値と風力発電機２０の定格値（風力発電機２０の最大発電量、出力係数など）とに基づいて風力発電機２０による３０分間の発電量を予測する。予測の方法は、本願の主眼ではなく、公知の方法を用いることができる。
電力範囲情報決定部１２は、発電予測部１１による予測発電量と、所定時刻（例えば、現在時刻）の蓄電池４０の充電量とに基づいて、発電システム１から電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する。
つまり、電力範囲情報決定部１２は、蓄電池４０に充放電可能な電力量の範囲を算出し、算出した蓄電池４０に充放電可能な電力量の範囲に基づいて、当該電力量の範囲に対応する電力の範囲を電力範囲情報として決定する。電力範囲情報決定部１２による電力範囲情報の決定方法については、後述する。
電力範囲情報送信部１３は、電力範囲情報決定部１２が決定した電力範囲情報を、通信Ｉ／Ｆを介して系統中央管理システム３に送信する。これにより、系統中央管理システム３は、発電システム１が発電可能な最大電力量と、発電システム１が発電可能な最小電力量または発電システム１に充電可能な最大電力量とを知ることができる。
つまり、系統中央管理システム３は、発電システム１を、電力範囲情報が示す範囲内で発電可能な発電機と充電可能な蓄電池との組み合わせとみなすこともできるし、電力範囲情報が示す範囲内で充放電可能な１つの蓄電池とみなすこともできる。
系統中央管理システム３は、統括制御装置１０から受信した電力範囲情報と、需要家における電力需要の予測値とに基づいて、発電システム１による発電計画情報を作成する。系統中央管理システム３には、図１に示した発電システム１以外にも、複数の発電システム１が接続されている。このため、例えば、系統中央管理システム３は、複数の発電システム１のトータルとしての電力コストまたはＣＯ２排出量が最小となるように、発電システム１ごとに発電計画を決定し、発電計画情報を統括制御装置１０に送信する。
つまり、系統中央管理システム３は、複数の発電システム１のトータルの電力コストまたはＣＯ２排出量を目的関数とし、各発電システム１における発電可能な最大電力量および最小電力量と、需要家における電力需要の予測値とを制約条件とする。系統中央管理システム３は、制約条件の下で目的関数が最小となるときの各発電システム１の発電量または充電量を、線形計画法などの数理計画法を用いて解くことで、発電計画を決定してもよい。
このような発電計画の決定は、単位時間（例えば、３０分）ごとに行われてもよい。
発電計画情報取得部１４は、通信Ｉ／Ｆを介して、系統中央管理システム３から発電計画情報を受信することにより、発電計画情報を取得する。例えば、発電計画情報取得部１４は、単位時間（例えば、３０分）ごとの発電計画情報を、系統中央管理システム３から受信する。
運転計画算出部１５は、発電予測部１１が予測した風力発電機２０および太陽光発電機３０の予測発電量と、発電計画情報取得部１４が取得した発電計画情報とに基づいて、各発電機２０、３０および５０と蓄電池４０との運転計画を算出する。
例えば、発電計画情報に基づいて単位時間に１０００ｋＷｈの電力量の発電が必要であるとする。また、発電予測部１１が予測した単位時間の風力発電機２０および太陽光発電機３０の予測発電量の合計は、２５００ｋＷｈであるとする。この場合、運転計画算出部１５は、単位時間に１０００ｋＷｈの電力を蓄電池４０から電力系統に放電し、風力発電機２０および太陽光発電機３０が発電する２５００ｋＷｈの電力を蓄電池４０に充電するとの計画を算出する。
制御部１６は、運転計画算出部１５が算出した各発電機および蓄電池４０の運転計画に基づいて、各発電機および蓄電池４０を制御する。
例えば、上述の運転計画に基づいて、制御部１６は、蓄電池４０を制御し、単位時間の間に１０００ｋＷｈの電力を電力系統に放電させる。また、制御部１６は、風力発電機２０、太陽光発電機３０および蓄電池４０を制御し、単位時間の間に風力発電機２０および太陽光発電機３０が発電した合計２５００ｋＷｈの電力を、蓄電池４０に充電させる。これにより、単位時間開始時に比べて、単位時間終了時には１５００ｋＷｈの電力が蓄電池４０に充電されることになる。
［２．統括制御装置１０の処理フロー］
図２は、本発明の実施の形態に係る統括制御装置１０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
発電予測部１１は、気象予報サーバ２から、気象情報として日射量および風速の予測値情報を受信する（Ｓ１）。
発電予測部１１は、受信した気象情報と、風力発電機２０および太陽光発電機３０の定格情報とに基づいて、単位時間（例えば、３０分）ごとの風力発電機２０および太陽光発電機３０の発電量を予測する（Ｓ２）。
電力範囲情報決定部１２は、所定時刻（例えば、現在時刻）の蓄電池４０の充電量とに基づいて、発電システム１から電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する（Ｓ３）。
以下、電力範囲情報決定処理（Ｓ３）について詳細に説明する。
図３Ａ〜図３Ｃは、電力範囲情報決定処理（Ｓ３）について説明するための図である。図３Ａ〜図３Ｃは、それぞれ異なるパターンの電力範囲情報を示すグラフである。グラフの横軸は時間を示し、縦軸は電力を示す。
定格放電電力は、風力発電機２０の最大発電電力と、太陽光発電機３０の最大発電電力と、蓄電池４０の最大放電電力と、火力発電機５０の最大発電電力との和である。つまり、定格放電電力は、発電システム１から電力系統に放電可能（提供可能）な最大電力を示す。
定格充電電力は、蓄電池４０の最大充電電力である。つまり、定格充電電力は、発電システム１が電力系統から受電して充電可能な最大電力を示す。
電力範囲情報決定部１２は、所定時刻ｔから単位時間ｎの間の電力範囲情報を決定する。所定時刻は、例えば、現在時刻とすることができる。
充電量は、所定時刻ｔにおける蓄電池４０の充電量を示す。
充電予定量は、発電予測部１１が予測した、時刻ｔから時刻（ｔ＋ｎ）までの風力発電機２０および太陽光発電機３０の予測発電量の合計を示す。風力発電機２０および太陽光発電機３０が発電した電力は、蓄電池４０に一旦充電することを想定している。
充電量と充電予定量との合計をｐｒｅ＿ｃｈａｒｇｅと定義する。
充電可能量は、以下の式１により算出される。
充電可能量＝ｍａｘ＿ＳＯＣ−ｐｒｅ＿ｃｈａｒｇｅ …（式１）
ここで、ｍａｘ＿ＳＯＣは蓄電池４０の最大容量（最大充電可能電力量）を示す。
つまり、充電可能量は、充電予定量を蓄電池４０にすべて充電したとしても、さらに充電することのできる電力量を示す。
図３Ａは、充電可能量＞０の場合を示している。
火力発電電力量は、時刻ｔから時刻（ｔ＋ｎ）の間に、火力発電機５０が発電することのできる電力量を示す。火力発電電力量は、石油などの火力発電機５０の燃料量に応じて決定されるが、燃料が豊富にある場合には、火力発電電力量を火力発電機５０の最大発電電力量とすることができる。
図３Ａに示すように、充電可能量＞０の場合には、電力範囲情報決定部１２は、充電可能量の符号を反転させた値（−充電可能量）を時間ｎで割った値を、発電システム１から電力系統に安定供給可能な電力範囲の最小値（ＳＯ＿ｍｉｎ）と決定する。ここで、電力範囲の最小値（ＳＯ＿ｍｉｎ）は負値であることより、電力系統から発電システム１に、電力ＳＯ＿ｍｉｎを充電可能なことを示している。
また、電力範囲情報決定部１２は、ｐｒｅ＿ｃｈａｒｇｅと火力発電電力量との和を時間ｎで割った値を、電力範囲情報が示す電力範囲の最大値（ＳＯ＿ｍａｘ）と決定する。
図３Ｂは、充電可能量＝０の場合を示している。この場合、電力範囲情報決定部１２は、電力範囲の最小値（ＳＯ＿ｍｉｎ）を０と決定する。また、電力範囲情報決定部１２は、図３Ａの場合と同様に、ｐｒｅ＿ｃｈａｒｇｅと火力発電電力量との和を時間ｎで割った値を、電力範囲の最大値（ＳＯ＿ｍａｘ）と決定する。
図３Ｃは、充電可能量＜０の場合を示している。つまり、充電予定量を蓄電池４０にすべて充電したとしても、充電しきれない電力量が生じる場合を示している。蓄電池４０に充電しきれない充電量を、ここでは充電不可能量とする。充電不可能量は、以下の式２で定義される。
充電不可能量＝−充電可能量
＝ｐｒｅ＿ｃｈａｒｇｅ−ｍａｘ＿ＳＯＣ …（式２）
図３Ｃに示す充電可能量＜０（充電不可能量＞０）の場合には、電力範囲情報決定部１２は、充電不可能量を時間ｎで割った値を、電力範囲の最小値（ＳＯ＿ｍｉｎ）と決定する。また、電力範囲情報決定部１２は、充電不可能量と、ｐｒｅ＿ｃｈａｒｇｅと、火力発電電力量との合計を時間ｎで割った値を、電力範囲の最大値（ＳＯ＿ｍａｘ）と決定する。これにより、時刻ｔから時刻（ｔ＋ｎ）の間に充電不可能量の電力を発電システム１から電力系統に強制的に放電させるように電力範囲を決定することができる。
なお、電力範囲の最小値（ＳＯ＿ｍｉｎ）および最大値（ＳＯ＿ｍａｘ）は、上記した方法により算出した値に限定されるものではなく、例えば、当該算出した値に一定の値を加えた値を電力範囲の最小値（ＳＯ＿ｍｉｎ）および最大値（ＳＯ＿ｍａｘ）としてもよい。
電力範囲情報送信部１３は、以上のようにして電力範囲情報決定部１２が決定した電力範囲情報を、通信Ｉ／Ｆを介して、系統中央管理システム３に送信する（Ｓ４）。
発電計画情報取得部１４は、通信Ｉ／Ｆを介して、系統中央管理システム３から発電計画情報を受信することにより、発電計画情報を取得する（Ｓ５）。発電計画情報には、例えば、単位時間ごとの発電システム１から電力系統への出力電力（以下、「計画電力」という。）が示されている。
運転計画算出部１５は、ステップＳ２で発電予測部１１が予測した風力発電機２０および太陽光発電機３０の予測発電量と、ステップＳ５で発電計画情報取得部１４が取得した発電計画情報とに基づいて、各発電機２０、３０および５０と蓄電池４０との運転計画を算出する（Ｓ６）。
例えば、運転計画算出部１５は、単位時間の間に、予測発電量の電力を風力発電機２０および太陽光発電機３０から蓄電池４０に充電しつつ、蓄電池４０からの放電電力および火力発電機５０の発電電力の合計が計画電力と等しくなるような、各発電機および蓄電池４０の運転計画を算出する。
運転計画算出部１５は、線形計画問題などの数理計画問題を解くことにより、運転計画を算出してもよい。このときの目的関数は、発電システム１のトータルとしての電力コストまたはＣＯ２排出量である。また、制約条件は、計画電力、風力発電機２０および太陽光発電機３０の予測発電量、および蓄電池４０のＳＯＣ（State of Charge）などである。
制御部１６は、運転計画算出部１５が算出した各発電機および蓄電池４０の運転計画に基づいて、各発電機および蓄電池４０を制御する（Ｓ７）。なお、発電予測部１１は気象情報に基づいて発電量を予測するため、実際の発電量と予測発電量との間に差異が発生する場合がある。このため、制御部１６は、上述の差異を監視し、系統中央管理システム３から受信した発電計画を達成できるように、蓄電池や制御可能な発電機の出力を適宜調整する。
以上説明したステップＳ１〜Ｓ７の処理は、所定の時間間隔で周期的に実行される（ループＡ）。
［３．統括制御装置１０による制御例］
次に、統括制御装置１０による各発電機および蓄電池４０の制御例について説明する。
図４は、風力発電機２０の発電電力１０１と、太陽光発電機３０の発電電力１０２と、系統中央管理システム３が決定する計画電力１０３との時間変化を示すグラフである。当該グラフの横軸は時間（ｈ）を示し、縦軸は電力（ｋＷ）を示す。
風力発電機２０の発電電力１０１は、電力変動が激しく、不安定であることが分かる。また、太陽光発電機３０の発電電力１０２も、風力発電機２０の発電電力１０１ほどではないが、不安定であることが分かる。
統括制御装置１０は、風力発電機２０および太陽光発電機３０の予測発電量と、蓄電池４０のＳＯＣおよび定格等に基づき、電力範囲情報を決定する。系統中央管理システム３は、統括制御装置１０によって決定された電力範囲情報と、自身が管轄する地域における電力の需要予測とに基づいて、発電システム１における計画電力１０３を算出する。なお、図示しないが系統中央管理システム３が管轄する地域内に複数の発電システム１が含まれており、系統中央管理システム３は、これら複数の発電システム１それぞれの計画電力１０３を算出してもよい。
統括制御装置１０は、系統中央管理システム３から受信した発電計画情報に示される計画電力１０３に従って発電システム１が発電できるように、各設備（本実施の形態では蓄電池４０および火力発電機５０）の運転計画を作成する。以下、図４に示す計画電力１０３に従い作成された運転計画を、運転計画Ｘとする。
図５は、計画電力１０３に基づく運転計画Ｘを実行することによる、制御部１６の制御結果を示すグラフである。当該グラフの横軸は時間（ｈ）を示し、縦軸は電力（ｋＷ）または蓄電池４０のＳＯＣ（％）を示す。グラフには、発電システム１の出力電力１０４と、火力発電機５０の発電電力１０５と、蓄電池４０の充放電電力１０６と、蓄電池４０のＳＯＣ１０７とが示されている。
制御部１６は、運転計画Ｘに従って図４に示される計画電力１０３の通りに、発電システム１から電力が出力されるように、火力発電機５０および蓄電池４０を制御する。また、風力発電機２０の計画発電電力および太陽光発電機３０の計画発電電力は予測に基づく値であるため、実際の風力発電機２０の発電電力１０１および太陽光発電機３０の発電電力１０２とはそれぞれ異なる可能性がある。このため、制御部１６は、風力発電機２０の発電電力１０１と、太陽光発電機３０の発電電力１０２とを監視して、系統中央管理システム３から受信した発電計画を達成できるように、蓄電池４０と火力発電機５０の出力を適宜調整する。このため、発電システム１の出力電力１０４と、計画電力１０３とは等しくなる。
実際、例えば、９時から１１時の間は、太陽光発電機３０の発電電力１０２が大きいものの、計画電力１０３は小さい。このような時間帯においては、充放電電力１０６が負の値となり、太陽光発電機３０の発電電力１０２が充電されていることが分かる。
また、２１時から２２時の間は、風力発電機２０の発電電力１０１および太陽光発電機３０の発電電力１０２が小さいが、計画電力１０３は大きい。このような時間帯においては、充放電電力１０６が正の値となり、蓄電池４０が放電した電力が電力系統に提供されていることが分かる。
さらに、９時よりも少し前の時間帯のように、太陽光発電機３０の発電電力１０２も大きく、計画電力１０３も大きいような場合には、充放電電力１０６が０よりも少し上で推移している。このような時間帯では、蓄電池４０が放電した電力が電力系統に提供されつつ、太陽光発電機３０の発電電力１０２が蓄電池４０に充電されていることが分かる。
［４．実施の形態１の効果等］
以上説明したように、本発明の実施の形態によると、電力範囲情報決定部１２が、発電システム１から電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す電力範囲情報を決定している。例えば、電力範囲情報決定部１２は、蓄電池４０に充放電可能な電力量の範囲を電力範囲情報として決定することができる。この電力範囲情報は、再生可能エネルギー発電機（風力発電機２０および太陽光発電機３０）による予測発電量に基づいて算出される。このため、積極的に再生可能エネルギー発電機が発電した場合の発電量を考慮して決定される。また、電力範囲情報送信部１３は、決定した電力範囲情報を、発電システム１における発電量を計画する計画装置としての系統中央管理システム３に送信している。このため、系統中央管理システム３は、電力範囲情報に基づいた発電システム１の発電計画を決定することができる。よって、発電システム１から安定した電力を電力系統に供給させることができる。
また、電力範囲情報決定部１２は、図３Ｃに示したように、充電不可能量に基づく電力を安定供給可能な電力の下限値とする電力範囲情報を決定し、電力範囲情報送信部１３は、電力範囲情報決定部１２が決定した電力範囲情報を系統中央管理システム３に送信している。このため、系統中央管理システム３は、電力系統に、充電不可能量に基づく電力を最低限供給させるような発電計画を決定することができる。よって、発電システム１は、充電不可能量を蓄電池４０から放電させつつ、再生可能エネルギー発電機による発電電力を蓄電池４０に充電させることができる。このため、再生可能エネルギー発電機の発電電力が電力系統に直接供給させることがなくなる。よって、発電システム１から安定した電力を電力系統に供給させることができる。
また、電力範囲情報決定部１２は、発電システム１の中に火力発電機５０または水力発電機などのような安定して電力を発電可能な発電機が含まれている場合であっても、このような発電機による発電量を考慮して電力範囲情報を決定することができる。
また、運転計画算出部１５は、電力範囲情報に基づき系統中央管理システム３が作成した発電計画情報に基づいて、再生可能エネルギー発電機および蓄電池４０を運転させることができる。
［５．付記］
以上、本発明の実施の形態に係る発電システム１について統括制御装置１０を中心に説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
電力範囲情報決定部１２は、発電システム１の出力特性に基づいて、電力範囲情報を決定してもよい。例えば、発電システム１の出力特性として、既存の火力発電機の出力特性を用いることにより、系統中央管理システム３は、発電システム１を火力発電機と同等にみなすことができる。例えば、火力発電機は一旦停止させると起動に時間を要するが、発電システム１にも同様の特性を持たせ、徐々に発電電力を増加させるような電力範囲情報を作成してもよい。例えば、発電システム１の起動時から所定時間の間は、電力範囲情報の上限値に０から１まで経時的に増加する係数をかけることにより、当該上限値を修正してもよい。これにより、系統中央管理システム３は、発電システム１を火力発電機と同等にみなして、発電計画を決定することができる。
電力範囲情報決定部１２は、発電システム１から電力系統に安定供給可能な電力の範囲を電力範囲情報として決定したが、当該安定供給可能な電力の範囲に対応した、発電に利用されるエネルギーの範囲を電力範囲情報として決定してもよい。つまり、電力範囲情報決定部１２は、当該安定供給可能な電力の範囲の電力を発電させることのできるエネルギーの範囲を、電力範囲情報として決定してもよい。エネルギーとは、例えば、火力発電機５０における燃料や水力発電機における水などのことである。既存の系統中央管理システム３の中には、例えば、火力発電機５０の燃料量（リットル）や水力発電機の水量（平方メートル）などの範囲に基づいて発電計画を決定するものもある。このため、既存の系統中央管理システム３に変更を加えることなく、統括制御装置１０から系統中央管理システム３に電力範囲情報を送信することができる。
また、上記の統括制御装置１０は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されてもよい。ＲＡＭまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、統括制御装置１０は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
さらに、上記の統括制御装置１０を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩから構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、本発明は、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体、例えば、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしてもよい。
また、上記プログラムに含まれる各ステップは、複数のコンピュータにより実行されてもよい。つまり、統括制御装置１０は、統括制御システムとして実現されてもよい。統括制御装置１０が備える各処理部は、統括制御システムが備える複数のコンピュータに分散配置される。例えば、統括制御システムは、電力範囲情報を決定する第１コンピュータと、運転計画を算出して、各発電機および蓄電池４０を制御する第１コンピュータとを含んでいてもよい。第１コンピュータと第２コンピュータとが連係動作を行うことにより、統括制御システムは、統括制御装置１０と同様の作用および効果を奏することができる。
さらに、上記実施の形態および上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 発電システム
２ 気象予報サーバ
３ 系統中央管理システム
１０ 統括制御装置
１１ 発電予測部
１２ 電力範囲情報決定部
１３ 電力範囲情報送信部
１４ 発電計画情報取得部
１５ 運転計画算出部
１６ 制御部
２０ 風力発電機
３０ 太陽光発電機
４０ 蓄電池
５０ 火力発電機

Claims (10)

  1. 再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御装置であって、
    前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、
    前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部と
    を備える統括制御装置。
  2. 前記電力範囲情報決定部は、前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記蓄電池に充放電可能な電力量の範囲を算出し、算出した前記蓄電池に充放電可能な電力量の範囲に基づいて前記電力範囲情報を決定する
    請求項１に記載の統括制御装置。
  3. 前記電力範囲情報決定部は、前記再生可能エネルギー発電機による前記予測発電量と、前記蓄電池の充電量と、前記蓄電池の最大容量とに基づいて、前記再生可能エネルギー発電機による前記予測発電量のうち前記蓄電池に充電することのできない電力量である充電不可能量を算出し、算出した前記充電不可能量に基づいて前記安定供給可能な電力の範囲の下限値を決定する
    請求項１または請求項２に記載の統括制御装置。
  4. 前記電力範囲情報決定部は、さらに、前記発電システムの出力特性に基づいて、前記電力範囲情報を決定する
    請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の統括制御装置。
  5. 前記電力範囲情報決定部は、前記安定供給可能な電力の範囲に対応した、発電に利用されるエネルギーの範囲を前記電力範囲情報として決定する
    請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の統括制御装置。
  6. 前記発電システムは、さらに、燃料または水力を利用して発電する発電機を備え、
    前記電力範囲情報決定部は、さらに、前記燃料または水力を利用して発電する発電機による発電量に基づいて、前記電力範囲情報を決定する
    請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の統括制御装置。
  7. さらに、
    前記計画装置から、前記電力範囲情報に基づく発電計画情報を取得する発電計画情報取得部と、
    前記再生可能エネルギー発電機による前記予測発電量と、前記発電計画情報取得部が取得した前記発電計画情報とに基づいて、前記再生可能エネルギー発電機および前記蓄電池の運転計画を算出する運転計画算出部とを備える
    請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の統括制御装置。
  8. 再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御システムであって、
    前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、
    前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部と
    を備える統括制御システム。
  9. 再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御する統括制御方法であって、
    前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定するステップと、
    前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、決定された前記電力範囲情報を送信するステップと
    を含む統括制御方法。
  10. 再生可能エネルギーを利用して発電する再生可能エネルギー発電機と、前記再生可能エネルギー発電機が発電した電力を蓄電する蓄電池とを少なくとも備える発電システムを制御するための統括制御プログラムであって、
    コンピュータを、
    前記再生可能エネルギー発電機による予測発電量と、前記蓄電池の充電量とに基づいて、前記発電システムから電力系統に安定供給可能な電力の範囲を示す情報である電力範囲情報を決定する電力範囲情報決定部と、
    前記発電システムにおける発電量を計画する計画装置に、前記電力範囲情報決定部が決定した前記電力範囲情報を送信する電力範囲情報送信部と
    して機能させるための統括制御プログラム。
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