JP2020123199A - 予測システム、予測方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】推定値と実測値との誤差を縮小することができ、予測精度が向上する予測システム及び方法を提供する。【解決手段】本発明による電力予測システムは、所定の推定方法で推定した推定値と、前記推定値に対応する実績値と、の誤差を示す係数を算出する係数算出部と、係数算出部で算出された係数と、係数に対応する所定のパラメータと、に基づいて所定の統計的手法を実行し、所定の統計的手法による結果と、予測日の所定のパラメータと、に基づいて予測日における係数を算出し、算出された予測日における係数と、予測日の前記所定の推定方法で推定した推定値と、に基づいて、予測日における予測値を算出する予測部と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、予測システム、予測方法に関する。
例えば、予測対象の太陽光発電装置の周辺に設置されている太陽光発電装置の発電量の変動に基づいて、予測対象の太陽光発電装置の発電量を予測する発電量予測システムが知られている(例えば特許文献1)。
特開第2013−51326号公報
特許文献1に開示された発電量予測システムは、予測対象の太陽光発電装置における発電量の変動状況を示す予測対象変動パターンと、予測対象の太陽光発電装置の周辺の地点に設置された太陽光発電装置における発電量の変動状況を示す周辺変動パターンと、を照合することにより、予測対象の太陽光発電装置における将来の発電量を予測する。この発電量予測システムによれば、風に流される雲の影響を考慮して太陽光発電装置の発電量を予測することはできるが、設備劣化や気象条件などによる誤差要因を考慮していないため、正確に発電量の予測をすることができない虞があった。
前述した課題を解決する主たる本発明は、所定の推定方法で推定した電力に関する推定値と、前記推定値に対応する実績値と、の誤差を示す係数を算出する係数算出部と、前記係数算出部で算出された前記係数と、前記係数に対応する所定のパラメータと、に基づいて所定の統計的手法を実行し、前記所定の統計的手法による結果と、予測日の前記所定のパラメータと、に基づいて前記予測日における前記係数を算出し、算出された前記予測日における係数と、前記予測日の前記所定の推定方法で推定した推定値と、に基づいて、前記予測日における予測値を算出する予測部と、を備える。
本発明の他の特徴については、添付図面および本明細書の記載により明らかとなる。
本発明によれば、推定値と実測値との誤差を縮小することができるため、予測精度が向上する。
電力システムの構成の一例を示す図である。 電力予測システムの構成の一例を示す図である。 過去DBの一例を示すテーブルである。 設備DBの一例を示すテーブルである。 係数DBの一例を示すテーブルである。 予測DBの一例を示すテーブルである。 予測日を予測する処理の一例を示すフローチャートである。 積雪係数の一例を示すグラフである。
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。以下の説明において、同一符号を付した部分は同一の要素を表し、その基本的な構成および動作は同様であるものとする。
===電力システム1===
図1は、電力システム1の構成の一例を示す図である。電力システム1は、図1に示すように、電力設備100、気象観測計200、電力予測システム10を含んで構成されている。それぞれの構成要素は、ネットワーク400を介して接続されている。
電力設備100は、例えば送配電設備や発電設備である。以下では、電力設備100を太陽光発電設備100として説明する。太陽光発電設備100は、ネットワーク400を介して電力に関する各種情報を電力予測システム10に送信する。
気象観測計200は、気象に関する計測機器であり、例えば日射量計、気温計、風速計を含む。気象観測計200は、電力予測システム10に、例えば、日射量を示す日射量情報、気温、風速を示す気温情報を送信する。なお、電力設備100が例えば風力発電設備である場合、気象観測計200に風向の計測が含まれていてもよい。気象観測計200は、電力予測システム10に対して、ネットワーク400を介してデジタル信号で各種情報を出力するものであってもよいし、直接アナログ信号で出力するものであってもよい。
電力予測システム10は、電力に関する推定値と実績値との差を示す係数(調整係数)に基づいて、将来における太陽光発電設備100の発電出力を予測するシステムである。電力予測システム10は、気象観測計200から、日射量情報、気温情報、風速情報など、係数を算出するための情報を取得する。なお、電力予測システム10が、日射量情報、気温情報、風速情報を、ネットワーク400を介して気象庁データベース300から取得するように構成されていてもよい。
将来における太陽光発電設備100の発電出力を推定する手法として、気象データ、パネル容量に基づいて推定することが考えられる。しかし、この手法では、気象データが発電出力の計算に影響を及ぼす度合を精度良く定めることが難しいこと、また、パネル容量の大きさに対してパワーコンディショナ容量が小さいことにより生じる過積載やパネルの劣化による発電出力の低下が考慮されていないことなどに起因して、発電出力の推定精度が低下する虞があった。
これに対して、本実施形態の電力予測システム10では、発電出力の推定値とその推定値に対応する実績値との誤差を抑制するための係数を該推定値に掛けることにより、発電出力の正確な予測を可能とする。この電力予測システム10について、以下詳細に説明する。
===電力予測システム10===
図2は、電力予測システム10の構成例を示す。図2に示すように、電力予測システム10は、入力部11、制御部12、記憶部13及び通信部14を備えている。
入力部11は、電力予測システム10に対する各種入力を受信する。
制御部12は、CPUやMPUなどの演算処理部121及びRAMなどのメモリ122を備えている。演算処理部121は、各種入力に基づき、記憶部13に記憶されているプログラムを実行することで、各種機能部を動作させるものである。このプログラムは、CDROMなどの記録媒体に記憶され、あるいは、ネットワーク400を介して配布され、コンピュータにインストールされるものであってもよい。メモリ122は、電力予測システム10用プログラムにおいて処理の実行中、演算などに必要な各種情報を、一時的に記憶するためのものである。
記憶部13は、ハードディスクなどの記憶装置によって構成され、制御部12における処理の実行に必要な各種プログラムや、各種プログラムの実行に必要なデータなどを記録しておくものである。本実施形態では、記憶部13は、過去データベース(DB)131、設備DB132、係数DB133、予測DB134を有していることが望ましい。なお、一例として各DBをリレーショナル型データベースで示す。
過去DB131には、発電出力の推定値を算出するための過去の実績に関する情報が登録されている。図3に示すように、例えば、過去DB131は、少なくとも、「日時」、「地点」、「日射量」、「気温」、「発電出力」、「推定値」を示すフィールドを有している。
設備DB132には、発電出力の推定値を算出するための太陽光発電設備100に関する情報が登録されている。図4に示すように、例えば、設備DB132は、「地点」、「傾斜角度」、「設置方位角度」、太陽光発電設備100の「種別」、太陽光発電設備100の「パネル容量」、パワーコンディショナの容量を示す「パワコン容量」、経時変化や損失等を考慮するため設備種別等に応じて汎用的に使用される固定の係数(以下,「固定係数」)を示すフィールドを有している。
係数DB133には、推定値と実績値との誤差を示す調整係数が登録されている。図5に示すように、例えば、係数DB133は、「時点」、「実績値」、「推定値」、「調整係数」を示すフィールドを有している。
予測DB134には、推定値から予測値を算出するための補正後の調整係数が登録されている。図6に示すように、例えば、予測DB134は、「予測時点」、「推定値」、「補正後の調整係数」、「予測値」を示すフィールドを有している。
通信部14は、電力予測システム10を専用回線VPNまたはネットワーク400に接続するための通信インタフェースを有する。通信部14は、例えば、LANカード、アナログモデム、ISDNモデムなどであり、これらをシステムバス等の伝送路を介して処理部と接続するためのインタフェースである。
演算処理部121は、図2に示すように、機能部として、受付部121a、推定部121b、係数算出部121c、予測部121dを備えている。
受付部121aは、受信した各種データを過去DB131に登録する機能部である。
推定部121bは、過去DB131に登録されている気象観測データに基づいて、太陽光発電設備100の発電出力の推定値を算出する機能部である。具体的には、推定部121bは、例えば、太陽光発電設備100の、過去の所定の時間における日射量、気温、風速、パネル容量、システム出力係数に基づいて、発電出力の推定値を算出する。発電出力推定値の推定方法は、特に限定されず、一例として以下の式(1)〜(4)を用いて推定する手法が考えられる。
Tpa=Ta+(A/(B×V0.8+1)+2)×Ga−2 ・・・(1)
(Tpa:太陽電池パネル温度(℃),Ta:外気温度(℃),A:係数(例えば屋根置き型「50」),B:係数(例えば屋根置き型「0.38」),V:風速(m/s),Ga:傾斜面日射量(kW/m))
Kpt=1+αmax×(Tpa−25)・・・(2)
(Kpt:温度補正係数,αmax:最大出力温度係数(1/℃),Tpa:太陽電池パネル温度(℃))
システム出力係数=Kloss × Kpt ・・・(3)
(Kloss:経時変化(汚れ,劣化),配線抵抗損失,インバータ損失等を考慮するため設備種別等に応じて汎用的に使用される固定の係数,Kpt:温度補正係数)
推定値(Pw)=傾斜面日射量(Ga)×システム出力係数×パネル容量・・・(4)
係数算出部121cは、所定の時間における、太陽光発電設備100の発電出力の推定値と、実際に発電した発電出力の実績値と、の誤差を示す調整係数を算出する機能部である。係数算出部121cで算出される調整係数は、例えば実績値を推定値で除したものであり、システム出力係数の低精度、パネルの過積載などによる推定値の精度の低下を解消するための係数である。係数算出部121cは、調整係数を係数DB133に登録する。
係数算出部121cは、過去DB131から所定の期間における実績値および推定値を取得し、取得した実績値および推定値のうち、パワーコンディショナ容量に所定の係数を掛けた閾値よりも大きいものを抽出する。所定の係数は、例えば太陽光発電設備100(パネル)の定格出力に対するその出力下限を示す割合である。そして、係数算出部121cは、抽出された実績値および推定値に対応する調整係数を係数DB133から抽出する。このように、発電出力が小さい日の実績値および推定値を除外することにより、太陽光発電設備100の推定値の誤差が問題となってくる発電出力レベル以上の運転状態での実績値および推定値に基づいて調整係数を算出できるため、予測精度を向上できる。
予測部121dは、所定の統計的手法を用いて調整係数を補正し、補正後の調整係数が所定の条件を満たしている場合は、推定値に補正後の調整係数を掛けて予測値を算出する機能部である。本実施形態における所定の統計的手法は、一例として重回帰分析とするが、最小二乗法またはベイズ推定法などを用いてもよい。また、所定の条件は、所定の上限閾値と所定の下限閾値との間に収まっていることをいう。このような一定の範囲に収まる調整係数を用いることにより異常値を排除できるため、予測精度を向上できる。
予測部121dは、例えば、式(5)に示すように、調整係数を目的変数とし、該調整係数に対応する傾斜面日射量、気温、風速(所定のパラメータ)を説明変数として重回帰分析を実行する。重回帰分析の結果である回帰式に、予測日における傾斜面日射量、気温を入力することにより、補正後の調整係数が算出される。なお、説明変数には風速や設備に関する項目を含めてもよい。
P = A + B1×X1 + C1×Y1 + D1×Z1 ・・・・ (5)
(但し、P:調整係数(目的変数),A:回帰定数,B1、C1、D1:偏回帰係数、X1:傾斜面日射量(説明変数),Y1:気温(説明変数),Z1:風速(説明変数))
予測部121dは、補正後の調整係数が所定の条件を満たしていない場合は、補正後の調整係数を上限閾値と下限閾値との間に収まるようにさらに補正する。補正後の調整係数の補正は、例えば、補正後の調整係数を上限閾値または下限閾値に補正することや、上限閾値と下限閾値の中間値に補正することである。
===電力予測システム10の動作===
図7は、電力予測システム10の処理の一例を示すフローである。図7を参照しつつ、電力予測システム10が太陽光発電設備100の発電出力の予測値を算出する処理について説明する。
まず、電力予測システム10の受付部121aは、気象観測計200で観測した各種気象データを予め取得し(S10)、過去DB131に実績値を登録する(S11)。また、電力予測システム10には、予め設備DB132が構築されている。
電力予測システム10の推定部121bは、過去DB131の過去の各種気象情報、設備DB132の設備情報に基づいて、太陽光発電設備100の発電出力の推定値を算出する。電力予測システム10は、算出された推定値、該推定値に対応する実績値を係数DB133に登録する(S12)。この推定値は、過去における推定値である。
以下においては、理解を容易にするために一例として、図5に示すように、所定の太陽光発電設備100における、時点1〜時点5の実績値がそれぞれ「105kW」「200kW」「323kW」「441kW」「513kW」であり、時点1〜時点5の推定値がそれぞれ「150kW」「250kW」「380kW」「490kW」「540kW」であるものとして説明する。
電力予測システム10の係数算出部121cは、時点1〜時点5の調整係数を算出し、それらを係数DB133に登録する(S13,S14)。具体的には、時点1の調整係数は、時点1の実績値「105kW」を第1時点の推定値「150kW」で除した「0.7」である。同様に、時点2の調整係数は「0.8」となり、時点3の調整係数は「0.85」となり、時点4の調整係数は「0.9」となり、時点5の調整係数は「0.95」となる。
次に、操作者が、電力予測システム10に予測日を指定する(S15)。
係数算出部121cは、係数DB133を参照して、例えば、時点1〜時点5までの実績値および推定値のうち、所定の条件、すなわち本実施形態ではパワーコンディショナ容量に所定の係数を掛けた閾値よりも大きいものを抽出する(S16)。以下、一例として閾値を「180kW」として説明する。電力予測システム10は、時点2〜時点5の実績値および推定値を抽出する。
電力予測システム10の予測部121dは、抽出した時点2〜時点5における、実績値および推定値に対応する調整係数と、該調整係数に対応する傾斜面日射量、気温とに基づいて回帰式を導出する(S17)。なお、本実施形態では一例として時点2〜時点5のデータに基づいて回帰式を導出しているが、多くのデータを用いることが望ましい。
予測部121dは、回帰式に予測日における傾斜面日射量、気温、および風速を入力して、補正後の調整係数を算出する(S18)。
予測部121dは、補正後の調整係数が所定の上限閾値と、所定の下限閾値との間に収まっているか否かを判定する(S19)。以下、一例として上限閾値を「0.95」とし下限閾値を「0.85」として説明する。予測部121dは、図6に示すように、補正後の調整係数が「0.9」である場合、範囲内であると判定する。ここで、例えば、補正後の調整係数が「0.8」である場合、予測部121dは、補正後の調整係数が範囲外であると判定し、補正後の調整係数を下限閾値「0.85」に補正する。また、例えば、補正後の調整係数が「0.98」である場合、予測部121dは、補正後の調整係数が範囲外であると判定し、補正後の調整係数を上限閾値「0.95」に補正する。なお、補正後の調整係数を下限閾値または上限閾値に補正するように説明したが、下限閾値と上限閾値との間に収まるように補正してもよい。
電力予測システム10の推定部121bは、所定の太陽光発電設備100についての指定された予測日における推定値を算出する(S20)。予測部121dは、算出された推定値に補正後の調整係数を乗じて、予測日の予測値を算出する(S21)。予測部121dは、予測値を予測DB134に登録する(S22)。
なお、調整係数を算出するための過去の推定値、実績値は、例えば過去における予測日と同日近傍、同時刻近傍の推定値、実績値であることが望ましい。また、予測日の直近数週間前からの同時刻近傍の推定値、実績値であってもよい。
===他の実施形態===
予測部121dは、上述したように推定値に調整係数を乗じて予測値を算出しているが、さらに、太陽光発電設備100のパネル上の積雪による発電出力の減少を反映するための積雪係数を乗じてもよい。積雪係数は、例えば図8に示されるような値を示す。図8は、例えば縦軸を「積雪係数」とし横軸を「積雪深」とする座標である。図8に示すように、積雪係数は、所定の積雪深(LおよびH)の間で、積雪深が大きくなるにつれて積雪係数が小さくなる。予測部121dは、過去の所定の時間以内に積雪があったか否かを判定し、積雪がないと判定した場合は、パネル上に積雪がないと判定し、積雪係数を「1」とする。積雪があると判定した場合は、パネル上に積雪があると判定し、予測部121dは、例えば現在又は将来の時点における積雪深情報、気象情報、設備情報および定数情報から統計的手法を用いて、積雪係数を算出する。
また、予測部121dは、上述したように算出された予測値から太陽光発電設備100で消費される自己消費分の電力を差し引いて、予測値を算出してもよい。
また、所定の電力設備100を、太陽光発電設備100として説明したが、風力発電設備や電力需要設備などであってもよい。つまり、推定値を算出し、所定の条件を満たした推定値、実績値を用いて調整係数を算出し、統計的手法を用いて補正後の調整係数を算出することにより、予測値を算出できる設備であればよい。
また、図1,図2では、電力予測システム10が一の装置で構成されているように示したが、これに限定されない。電力予測システム10は、複数の装置で構成されていてもよく、また、クラウド上に構成されていてもよい。
また、電力予測システム10は、太陽光発電設備100の発電出力の推定値と実績値との差を示す係数(調整係数)に基づいて、将来における太陽光発電設備100の発電出力を予測するシステムであるとして説明したが、これに限定されない。当該システムは、推定値と実績値を取得できるものであればよく、例えば、電力需要設備や電力消費設備などの電力設備全般、あるいは、製造設備による製造物の個数を予測するシステムであってもよい。
===まとめ===
本実施形態に係る電力予測システム10は、所定の推定方法で推定した推定値と、推定値に対応する実績値と、の誤差を示す係数を算出する係数算出部121cと、係数算出部121cで算出された調整係数と、該調整係数に対応する所定のパラメータと、に基づいて所定の統計的手法を実行し、所定の統計的手法による結果と、予測日の所定のパラメータと、に基づいて予測日における補正後の調整係数を算出し、算出された予測日における補正後の調整係数と、予測日の推定値と、に基づいて、予測日における予測値を算出する予測部121dと、を備える。これにより、推定値と実績値との誤差を低減することができる。
また、本実施形態に係る電力予測システム10の係数算出部121cは、推定値のうち所定の閾値以上の推定値を抽出し、実績値のうち所定の閾値以上の実績値を抽出し、抽出された推定値と実績値との誤差を示す係数を算出する。これにより、所定の電力設備100の推定値の誤差が問題となってくる発電出力レベル以上の運転状態での推定値、実績値を用いて予測するため、推定値と実績値との誤差をより低減することができる。
また、本実施形態に係る電力予測システム10の予測部121dは、補正後の調整係数が所定の範囲内であるか否かを判定し、補正後の調整係数が所定の範囲外であると判定した場合、補正後の調整係数を所定の範囲内に収まるように補正する。これにより、補正後の調整係数の異常値を排除することにより、推定値と実績値との誤差をより低減することができる。
また、本実施形態に係る電力予測システム10の係数算出部121cは、電力設備100における、所定の推定方法で推定した電力に関する推定値と、推定値に対応する実績値と、の誤差を示す係数を算出する。これにより、設備劣化や気象条件に影響を受けやすい電力設備の出力を予測することで、電力系統の安定運転が可能となる。
また、本実施形態に係る電力予測システム10が発電出力を予測する所定の電力設備100は、太陽光発電設備であり所定のパラメータには少なくとも日射量を含み、または、風力発電設備であり所定のパラメータには少なくとも風速を含む。これにより、自然エネルギーによる発電設備における推定値と実績値との差を低減することができる。
また、本実施形態に係る電力予測システム10の予測部121dは、補正後の調整係数と、予測日の推定値と、所定の電力設備100のパネル上の積雪による影響を示す積雪係数と、に基づいて、予測日における予測値を算出する。これにより、パネル上の積雪を考慮して予測値を算出するため、より正確な予測値を算出することができる。
また、本実施形態に係る電力予測システム10の予測部121dで用いる所定の統計的手法は、重回帰分析である。これにより、統計的手法を限定することにより、システム設計を容易にすることができる。
尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
10 電力予測システム
100 電力設備
121c 係数算出部
121d 予測部

Claims (9)

  1. 所定の推定方法で推定した推定値と、前記推定値に対応する実績値と、の誤差を示す係数を算出する係数算出部と、
    前記係数算出部で算出された前記係数と、前記係数に対応する所定のパラメータと、に基づいて所定の統計的手法を実行し、前記所定の統計的手法による結果と、予測日の前記所定のパラメータと、に基づいて前記予測日における前記係数を算出し、算出された前記予測日における係数と、前記予測日の前記所定の推定方法で推定した推定値と、に基づいて、前記予測日における予測値を算出する予測部と、
    を備えることを特徴とする予測システム。
  2. 前記係数算出部は、前記所定の推定方法で推定した推定値のうち所定の閾値以上の推定値を抽出し、前記実績値のうち所定の閾値以上の前記実績値を抽出し、抽出された前記推定値と前記実績値との誤差を示す係数を算出する
    ことを特徴とする請求項1に記載の予測システム。
  3. 前記予測部は、前記予測日における係数が所定の範囲内であるか否かを判定し、前記予測日における係数が所定の範囲外であると判定した場合、前記予測日における係数を前記所定の範囲内となるように補正する
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の予測システム。
  4. 前記係数算出部は、電力設備における、所定の推定方法で推定した電力に関する推定値と、前記推定値に対応する実績値と、の誤差を示す係数を算出する
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の予測システム。
  5. 前記電力設備は、太陽光発電設備であり、
    前記所定のパラメータは、少なくとも日射量を示す日射量情報を含む
    ことを特徴とする請求項4に記載の予測システム。
  6. 前記予測部は、前記予測日における係数と、前記予測日の推定値と、前記電力設備のパネル上の積雪による影響を示す積雪係数と、に基づいて、前記予測日における予測値を算出する
    ことを特徴とする請求項5に記載の予測システム。
  7. 前記電力設備は、風力発電設備であり、
    前記所定のパラメータは、少なくとも風速を示す風速情報を含む
    ことを特徴とする請求項4に記載の電力予測システム。
  8. 前記所定の統計的手法は、重回帰分析である
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の予測システム。
  9. コンピュータが
    所定の推定方法で推定した推定値と、前記推定値に対応する実績値と、の誤差を示す係数を算出する係数算出ステップと、
    前記係数算出ステップで算出された前記係数と、前記係数に対応する所定のパラメータと、に基づいて所定の統計的手法を実行し、前記所定の統計的手法による結果と、予測日の前記所定のパラメータと、に基づいて前記予測日における前記係数を算出し、算出された前記予測日における係数と、前記予測日の前記所定の推定方法で推定した推定値と、に基づいて、前記予測日における予測値を算出する予測ステップと、
    を実現する予測方法。
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