JP2020527012A - 発電システム及びエネルギー生成システム - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は電力系統に関し、より詳細には、電力生産者によって生産され、電力系統を通して送電される電力量を制御することに関する。
本開示は、不確実な市場清算需要価格を需要エネルギーに関する電力生産者の割当量の関数としてモデル化する残存需要曲線(RDC)に加えて、予備力価格を予備エネルギーに関する電力生産者の割当量の関数としてモデル化する残存予備力曲線(RRC)を使用する。残存予備力曲線及び残存需要曲線はいずれも、クラスタリングベース人工ニューラルネットワーク(ANN)手法を用いて推定され、結果として、ノンパラメトリック手法のみを使用するより良好な推定値が生成される。残存需要曲線を例にとると、電力生産者の残存需要曲線は、以下の手順を通して取得することができる。履歴個別需要供給オファー曲線が最初に組み合わせられ、翌日の対応する市場清算需要価格に従ってクラスタリングされる。前日最適化中に、電力生産者の推定された市場清算価格を用いて、対応するクラスタを選択する。このクラスタ内で、人工ニューラルネットワークを用いて、複合競合者需要供給オファー曲線を全システム需要及び需要価格にマッピングするモデルをトレーニングする。トレーニングされたノンパラメトリックモデルを用いて、ISOからのシステム需要予測、又は需要入札から推定されるシステム需要予測を所与として、前日複合供給オファー曲線を推定し、時間ステップごとのRDCを生成する。
電力生産者の自己スケジューリング問題は、日々の決定対象期間にわたる確率的最適化問題として定式化することができる。対象期間は24時間であり、1時間の分解能で24個の時間ステップに分割することができる。ここでは、決定時間ステップの長さに関する一例として1時間が選択される。30分、15分及び5分等の、異なる長さを有する他の時間ステップを使用することもできる。
電力生産者に関する自己スケジューリング問題の目的は、所与の決定対象期間にわたる所与の一組の発電機に関するエネルギー生産スケジュールを決定することである。そのスケジュールは、需要エネルギーからの要求及び予備エネルギーからの要求の両方を満たすべきである。決定対象期間は一組の時間ステップを含むことができる。g及びkを特定の発電機及び特定の時間ステップを表すものとし、G及びKを発電機の全数及び時間ステップの全数を表すものとする。
アルゴリズム1:
1:残存需要曲線及び残存予備力曲線をロードする
2:1日終了時状態を近似する
3:Vk(sk),∀kを初期化する
4:for 時間ステップk=K,...,1 do
5: for 需要割当量及び予備力割当量b=1,...,B do
6: for 発電機状況y=1,...,Y do
7: for 将来状態r=1,...,R do
8: 制約(1)〜(6)を用いて燃料コスト最小化問題を解くことによって発電機に関する最適な発電レベルを見つける
9: 固定費、運転開始及び運転停止コストを計算する
10: (9)を用いて瞬時寄与を見つける
11: end for 将来状態
12: ベルマン方程式(11)を解いて、現在の需要割当量及び予備力割当量、並びに発電機状況組み合わせ状態から、予想将来値を計算する
13: end for 発電機状況
14: end for 需要割当量及び予備力割当量
15:end for 時間ステップ
16:k=1における状態から全ての時間ステップに関する最適ポリシーを見つける
アルゴリズム2
1:残存需要曲線及び残存予備力曲線をロードする
2:1日開始時において状態を初期化する
3:Vk(sk),∀kを初期化する
4:for 時間ステップk=1,...,K do
5: for 需要割当量及び予備力割当量b=1,...,B do
6: for 発電機状況y=1,...,Y do
7: for 先行状態r=1,...,R do
8: 制約(1)〜(6)を用いて燃料コスト最小化問題を解くことによって発電機に関する最適な発電レベルを見つける
9: 固定費、並びに運転開始及び運転停止コストを計算する
10: (9)を用いて瞬時寄与を見つける
11: end for 先行状態
12: end for 発電機状況
13: end for 需要割当量及び予備力割当量
14:end for 時間ステップ
15:時間ステップごとの全ての状態に関する予想将来値を計算する
16:k=0における状態から全ての時間ステップに関する最適ポリシーを見つける
本開示のいくつかの態様は、時間ステップごとの残存需要曲線を、需要エネルギーの受信された予測から、電力システムの他の電力生産者からの複合需要エネルギー供給オファーを減算することによって決定することができることを含む。それとともに、将来のエネルギー生成期間にわたる時間ステップごとの複合需要エネルギー供給オファーが、プロセッサによるメモリへのアクセスによって決定される。メモリは、電力システムの他の電力生産者からの需要エネルギー供給オファーの履歴データと、電力システムの需要エネルギー及び市場清算需要価格の履歴データとを用いてトレーニングされた一組のニューラルネットワークを記憶しており、各トレーニングされたニューラルネットワーク出力は、或る範囲の市場清算需要価格に対応するようになっている。電力システムの需要エネルギーの受信された予測から推定される最も可能性が高い市場清算需要価格に基づいて、一組の記憶されたニューラルネットワークの市場清算需要価格の範囲からニューラルネットワークを選択する。電力システムの需要エネルギーの受信された予測の入力と、最も可能性が高い市場清算需要価格とに基づいて、選択されたニューラルネットワークを用いて、複合需要エネルギー供給オファー曲線を生成する。さらに、電力システムの最も可能性が高い市場清算需要価格は、プロセッサによってメモリにアクセスすることによって決定される。メモリは、清算済需要エネルギー及び電力システムの市場清算需要価格の履歴データを用いてトレーニングされたニューラルネットワークを記憶している。電力システムの需要エネルギーの受信された予測の入力と、メモリ内の現在のエネルギー生成期間にわたる記憶された需要エネルギー及び記憶された市場清算需要価格とに基づいて、ニューラルネットワークを用いて、電力システムの最も可能性が高い市場清算需要価格を生成する。
Claims (23)
- 電気を生成し、独立系統運用機関(ISO)によって運用される電力システムに供給するための電力生産者の発電システムであって、複数の電力生産者が前記電力システムに前記電気を供給し、複数の電力消費者が前記電力システムから前記電気を要求し、前記電力生産者の前記発電システムは、
前記電力生産者の一組の発電機と、
前記ISOから将来のエネルギー生成期間にわたる前記電力システムに関する需要エネルギーの量の予測を受信し、前記ISOから前記将来のエネルギー生成期間にわたる前記電力システムに関する予備エネルギーの量の予測を受信する受信機と、
前記受信機と通信するプロセッサであって、前記プロセッサは、
時間ステップごとの前記需要エネルギーの前記受信された予測に基づいて、前記将来のエネルギー生成期間の各時間ステップにおいて、その時間ステップに関する前記需要エネルギーの価格及び量に関連する残存需要曲線を決定することであって、前記残存需要曲線は、1つの区間が前記電力生産者に関する最も可能性が高い需要エネルギーの量を含むような、複数の区間を含むことと、
時間ステップごとの前記予備エネルギーの前記受信された予測に基づいて、前記将来のエネルギー生成期間の各時間ステップにおいて、その時間ステップに関する前記予備エネルギーの価格及び量に関連する残存予備力曲線を決定することであって、前記残存予備力曲線は、1つの区間が前記電力生産者に関する最も可能性が前記予備エネルギーの量を含むような、複数の区間を含むことと、
前記電力生産者による、前記需要エネルギー及び前記予備エネルギーを生成することからの収入と、前記生成されるエネルギーを生産するコストとの間の差の値関数を最適化することによって、前記将来のエネルギー生成期間の時間ステップごとの前記一組の発電機の運用スケジュールを決定することと、
を行うように構成される、プロセッサと、
前記受信機が前記ISOから前記運用スケジュールの承諾を受信すると、前記運用スケジュールに従ってエネルギーを生産するように、前記一組の発電機を制御するコントローラと、
を備える、発電システム。 - 前記需要エネルギーの各量を生成することに関する前記収入は前記残存需要曲線に従って決定され、前記予備エネルギーの各量を生成することに関する前記収入は前記残存予備力曲線に従って決定され、前記生成されるエネルギーの各量を生産する前記コストは前記一組の発電機の各発電機の状態によって決まり、前記値関数の最適化は、前記残存需要曲線の区間及び前記残存予備力曲線の区間の影響を受けるだけでなく、前記発電機の運用に関する制約、及び前記生成されるエネルギーの量に関する制約の両方の制約も受けるようになっている、請求項1に記載の発電システム。
- 時間ステップごとの前記残存需要曲線は、前記需要エネルギーの前記受信された予測から、前記電力システムの他の電力生産者からの複合需要エネルギー供給オファー曲線を減算することによって決定される、請求項1に記載の発電システム。
- 前記将来のエネルギー生成期間のわたる時間ステップごとの前記複合需要エネルギー供給オファー曲線は、
前記プロセッサによってメモリにアクセスすることであって、前記メモリは、前記電力システムの他の電力生産者からの需要エネルギー供給オファー曲線の履歴データと、前記電力システムの需要エネルギー及び市場清算需要価格の履歴データとを用いてトレーニングされた一組のニューラルネットワークを記憶し、各トレーニングされたニューラルネットワーク出力が或る範囲の市場清算需要価格に対応するようになっていることと、
前記電力システムの前記需要エネルギーの前記受信された予測から推定される最も可能性が高い市場清算需要価格に基づいて、前記一組の記憶されたニューラルネットワークの、前記範囲の市場清算需要価格からニューラルネットワークを選択することと、
前記電力システムの前記需要エネルギーの前記受信された予測の入力と、前記最も可能性が高い市場清算需要価格とに基づいて、前記選択されたニューラルネットワークを用いて前記複合需要エネルギー供給オファー曲線を生成することと、
によって決定される、請求項3に記載の発電システム。 - 前記電力システムの前記最も可能性が高い市場清算需要価格は、
前記プロセッサによって前記メモリにアクセスすることであって、前記メモリは、前記電力システムの清算済需要エネルギー及び市場清算需要価格の履歴データを用いてトレーニングされたニューラルネットワークを記憶していることと、
前記電力システムの前記需要エネルギーの前記受信された予測の入力と、前記メモリ内の現在のエネルギー生成期間にわたる前記電力システムの記憶された需要エネルギー及び記憶された市場清算需要価格とに基づいて、前記ニューラルネットワークを用いて前記電力システムの前記最も可能性が高い市場清算需要価格を生成することと、
によって決定される、請求項4に記載の発電システム。 - 時間ステップごとの前記残存予備力曲線は、前記予備エネルギーの前記受信された予測から、前記電力システムの他の電力生産者からの複合予備エネルギー供給オファー曲線を減算することによって決定される、請求項1に記載の発電システム。
- 前記将来のエネルギー生成期間にわたる時間ステップごとの前記複合予備エネルギー供給オファー曲線は、
前記プロセッサによってメモリにアクセスすることであって、前記メモリは、前記電力システムの他の電力生産者からの予備エネルギー供給オファー曲線の履歴データと、前記電力システムの予備エネルギー及び市場清算予備力価格の履歴データとを用いてトレーニングされた一組のニューラルネットワークを記憶し、各トレーニングされたニューラルネットワーク出力が或る範囲の市場清算予備力価格に対応するようになっていることと、
前記電力システムの前記予備エネルギーの前記受信された予測から推定される最も可能性が高い市場清算予備力価格に基づいて、前記一組の記憶されたニューラルネットワークの、前記範囲の市場清算予備力価格からニューラルネットワークを選択することと、
前記電力システムの前記予備エネルギーの前記受信された予測の入力と、前記最も可能性が高い市場清算予備力価格とに基づいて、前記選択されたニューラルネットワークを用いて、前記複合予備エネルギー供給オファー曲線を生成することと、
によって決定される、請求項6に記載の発電システム。 - 前記電力システムの前記最も可能性が高い市場清算予備力価格は、
前記プロセッサによって前記メモリにアクセスすることであって、前記メモリは前記電力システムの清算済予備エネルギー及び市場清算予備力価格の履歴データを用いてトレーニングされたニューラルネットワークを記憶していることと、
前記電力システムの前記予備エネルギーの前記受信された予測の入力と、前記メモリ内の現在のエネルギー生成期間にわたる前記電力システムの記憶された予備エネルギー及び記憶された市場清算予備力価格とに基づいて、前記ニューラルネットワークを用いて前記電力システムの前記最も可能性が高い市場清算予備力価格を生成することと、
によって決定される、請求項7に記載の発電システム。 - 前記プロセッサによってメモリにアクセスすることであって、前記メモリは、前記電力システムに関する前記需要エネルギー、前記予備エネルギー、市場清算需要価格及び市場清算予備力価格の履歴データと、前記電力生産者に関する前記需要エネルギー、前記予備エネルギー及び予備力使用済比の履歴データとを用いてトレーニングされたニューラルネットワークを記憶していることと、
前記電力システムに関する前記需要エネルギー及び前記予備エネルギーの前記受信された予測の入力と、前記電力システムに関する前記最も可能性が高い市場清算需要価格及び前記最も可能性が高い市場清算予備力価格とに基づいて、前記ニューラルネットワークを用いて、最も可能性が高い需要エネルギーの量、最も可能性が高い予備エネルギーの量及び最も可能性が高い予備力使用済比を生成することと、
によって、前記将来のエネルギー生成期間の時間ステップごとの前記最も可能性が高い需要エネルギーの量、前記最も可能性が高い予備エネルギーの量及び前記最も可能性が高い予備力使用済比を決定することを更に含む、請求項1に記載の発電システム。 - 前記将来のエネルギー生成期間の時間ステップごとの前記残存需要曲線の区間及び前記残存予備力曲線の区間は、前記電力生産者に関する可能性が高い需要エネルギーの状態及び前記電力生産者に関する可能性が高い予備エネルギーの状態の一組の組み合わせに変換され、
可能性が高い需要エネルギーの状態は、その時間ステップにわたる前記最も可能性が高い需要エネルギーの量から所定の距離内にある前記残存需要曲線の区間に関する需要エネルギー境界値のうちの1つであり、
可能性が高い予備エネルギーの状態は、その時間ステップにわたる前記最も可能性が高い予備エネルギーの量から所定の距離内にある前記残存予備力曲線の区間に関する予備エネルギー境界値のうちの1つである、請求項9に記載の発電システム。 - 前記プロセッサは、時間ステップごとの可能性が高い需要エネルギーの状態及び可能性が高い予備エネルギーの状態の組み合わせごとに、前記発電機の前記運用に関する制約を満たしながら、その時間ステップに関する需要エネルギー及び予備エネルギーの要求される量を生成する前記発電機の状態の一組の組み合わせを決定する、請求項10に記載の発電システム。
- 前記決定は、将来の発電期間の開始時における需要エネルギーの初期状態、予備エネルギーの初期状態及び前記発電機の初期状態が与えられると、前記将来の発電期間の時間ステップごとに昇順に実行される、請求項11に記載の発電システム。
- 前記決定は、将来の発電期間の終了時における需要エネルギーの所望の状態、予備エネルギーの所望の状態及び前記発電機の所望の状態が与えられるときに、前記将来の発電期間の時間ステップごとに降順に実行される、請求項11に記載の発電システム。
- 前記プロセッサは、時間ステップごとの可能性が高い需要エネルギーの状態、可能性が高い予備エネルギーの状態及び前記発電機の状態の前記一組の組み合わせから1つの組み合わせを選択して、前記将来のエネルギー生成期間全体にわたる前記値関数を最大化する、前記可能性が高い需要エネルギー、前記可能性が高い予備エネルギー及び前記発電機の状態の一連の組み合わせを生成し、前記発電機の状態の前記一連の組み合わせに従って前記運用スケジュールを生成する、請求項11に記載の発電システム。
- 前記プロセッサは、前記将来のエネルギー生成期間の一部の時間ステップごとの可能性が高い需要エネルギーの状態、可能性が高い予備エネルギーの状態及び前記発電機の状態の前記一組の組み合わせから1つの組み合わせを選択して、前記将来のエネルギー生成期間の前記一部の全体にわたる前記値関数を最大化する、前記可能性が高い需要エネルギー、前記可能性が高い予備エネルギー及び前記発電機の状態の一連の組み合わせを生成し、前記発電機の状態の前記一連の組み合わせに従って前記運用スケジュールを生成する、請求項11に記載の発電システム。
- 各発電機の状態は、オン/オフ状況、発電レベル、残りの関与時間、残りの非関与時間、運転開始コマンド及び運転停止コマンドを含む、請求項1に記載の発電システム。
- 前記発電機の前記運用に関する制約は、最大発電限界、最小発電限界、出力上昇速度、出力降下速度、最短関与時間及び最短非関与時間を含む、請求項1に記載の発電システム。
- 発電されるエネルギーの量に関する制約は、前記需要エネルギー及び使用される予備エネルギーに関する電力バランス式と、前記需要エネルギー及び前記予備エネルギーに関する最大発電要件とを含む、請求項1に記載の発電システム。
- 各時間ステップは、前日期間の1時間である、請求項1に記載の発電システム。
- 電気を生成し、独立系統運用機関(ISO)によって運用される電力システムに供給するための電力生産者のエネルギー生成システムであって、複数の電力生産者が前記電力システムに前記電気を供給し、複数の電力消費者が前記電力システムから前記電気を要求し、前記電力生産者の前記エネルギー生成システムは、前記電力生産者の一組の発電機と、前記ISOから将来のエネルギー生成期間にわたる前記電力システムに関する需要エネルギーの量の予測を受信し、前記ISOから前記将来のエネルギー生成期間にわたる前記電力システムに関する予備エネルギーの量の予測を受信する受信機とを有し、前記電力生産者の前記エネルギー生成システムは、
前記受信機と通信するプロセッサであって、前記プロセッサは、
時間ステップごとの前記需要エネルギーの前記受信された予測に基づいて、前記将来のエネルギー生成期間の各時間ステップにおいて、その時間ステップに関する前記需要エネルギーの価格及び量に関連する残存需要曲線を決定することであって、前記将来のエネルギー生成期間は少なくとも前日期間であることと、
時間ステップごとの前記予備エネルギーの前記受信された予測に基づいて、前記将来のエネルギー生成期間の各時間ステップにおいて、その時間ステップにわたる前記予備エネルギーの価格及び量に関連する残存予備力曲線を決定することと、
前記電力生産者による、前記需要エネルギー及び前記予備エネルギーを生成することからの収入と、前記生成されるエネルギーを生産するコストとの間の差の値関数を最適化することによって、前記将来のエネルギー生成期間の時間ステップごとの前記一組の発電機の運用スケジュールを決定することと、
を行うように構成される、プロセッサと、
前記受信機が前記ISOから前記運用スケジュールの承諾を受信すると、前記運用スケジュールに従ってエネルギーを生産するように、前記一組の発電機を制御するコントローラと、
を備える、エネルギー生成システム。 - 前記残存需要曲線は、1つの区間が前記電力生産者に関する最も可能性が高い需要エネルギーの量を含むような、複数の区間を含む、請求項20に記載のエネルギー生成システム。
- 前記残存予備力曲線は、1つの区間が前記電力生産者に関する最も可能性が高い予備エネルギーの量を含むような、複数の区間を含む、請求項20に記載のエネルギー生成システム。
- 前記需要エネルギーの各量を生成することに関する前記収入は前記残存需要曲線に従って決定され、前記予備エネルギーの各量を生成することに関する前記収入は前記残存予備力曲線に従って決定され、前記生成されるエネルギーの各量を生産する前記コストは前記一組の発電機の各発電機の状態によって決まり、前記値関数の最適化は、前記残存需要曲線の区間及び前記残存予備力曲線の区間の影響を受けるだけでなく、前記発電機の運用に関する制約、及び前記生成されるエネルギーの量に関する制約の両方の制約も受けるようになっている、請求項20に記載のエネルギー生成システム。
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