JP2021061671A - 電源制御装置および電源制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源装置により構成された電力供給源において、複数の電源装置から出力される供給にかかる総電力と、負荷から要求される需要にかかる総電力とを、精度よく一致させることができる、電源制御装置および電源制御システムを提供する。【解決手段】電源制御システムにおいて、電源制御装置５０は、再生可能エネルギーを利用した、電源出力の応答特性が異なる複数の電源設備１１、２１から、出力電力値ｙ１、ｙ２に関連した検出値ｘ１、ｘ２を受信し、受信した複数の電源設備ごとの検出値、および複数の電源設備ごとの単位時間における応答特性に基づき、複数の電源設備から出力される出力電力値の合算値が要求電力値ｒｓとなる、複数の電源設備ごとの制御指令値ｕ１、ｕ２を算出し、複数の電源設備ごとに制御指令値を指示する。【選択図】図１

Description

本実施形態は、電力供給源として設けられた複数の電源装置の制御を行う電源制御装置および電源制御システムに関する。

電力の供給を行う電力供給源は、複数の電源装置により構成される。これらの複数の電源装置から出力された電力が、負荷に供給される。複数の電源装置から出力される供給にかかる総電力と、負荷から要求される需要にかかる総電力とが一致するように、複数の電源装置の出力電力を制御することが望ましい。複数の電源装置の出力電力の制御を行う電源制御装置が知られている。

特開２００６−３２００８０号公報 特開２０１４−２００１２０号公報

前述のとおり、電力供給源は、複数の電源装置により構成される。昨今、再生可能エネルギーの活用が促進され、複数の電源装置として、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用した電源装置が用いられる。

電力供給源は、例えば、風力を利用した電源装置、太陽光を利用した電源装置など、異種の再生可能エネルギーをエネルギー源とした電源装置が組合わされた、複合型の電源システムとして構成される場合が多い。複合型の電源システムにおいても、複数の電源装置から出力される供給にかかる総電力と、負荷から要求される需要にかかる総電力とが一致するように、複数の電源装置の出力電力を制御することが望ましい。

風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用した電源装置の出力電力は、風速や日射等の気象条件の影響を受けて時々刻々変動する。このため、再生可能エネルギーを利用した電源装置は、きめ細かな出力電力の制御を行うことが要求される。

しかしながら、風力や太陽光などの異種の再生可能エネルギーを利用した電源装置の出力電力の応答速度特性は、再生可能エネルギーの種類ごとにそれらの出力電力の調整原理によりそれぞれ異なる。このため、複数の電源装置から出力される供給にかかる総電力と、負荷から要求される需要にかかる総電力とが、精度よく一致しない場合があるとの問題点があった。

異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源装置により構成された電力供給源において、複数の電源装置の応答速度特性は、再生可能エネルギーの種類ごとにそれぞれ異なるため、複数の電源装置から出力される電力どうしが互いに干渉し、電源システムに過渡的な出力変動が生じる場合があった。このため、負荷に供給される電力の安定性が低下する場合があった。

本実施形態は、異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源装置により構成された電力供給源において、複数の電源装置から出力される供給にかかる総電力と、負荷から要求される需要にかかる総電力とを、精度よく一致させることができる、電源制御装置および電源制御システムを提供することを目的とする。

本実施形態の電源制御装置は、次のような特徴を有する。
（１）再生可能エネルギーを利用した、電源出力の応答特性が異なる複数の電源設備から、出力電力値に関連した検出値を受信する。
（２）受信した複数の前記電源設備ごとの前記検出値、および複数の前記電源設備ごとの単位時間における応答特性に基づき、複数の前記電源設備から出力される前記出力電力値の合算値が要求電力値となる、複数の前記電源設備ごとの制御指令値を算出し、複数の前記電源設備ごとに前記制御指令値を指示する。

第１実施形態にかかる電源制御システムの構成を示す図 第１実施形態にかかる電源制御システムの制御ブロックを示す図 第１実施形態にかかる電源制御システムの制御におけるシミュレーション結果を示す図 第２実施形態にかかる電源制御システムの構成を示す図 第３実施形態にかかる電源制御システムの構成を示す図 第３実施形態にかかる電源制御システムの制御ブロックを示す図

各実施形態にかかる電源制御システム１において、以下の信号、データ、情報が、入力、出力、記憶される。
要求電力値ｒｓ：電源システム１０に要求される総出力電力値
基準出力電力値ｒ１：風力発電設備１１の基準出力電力値
基準出力電力値ｒ３：蓄電設備３１の基準出力電力値
予測出力電力値ｆ１：風力発電設備１１の予測出力電力値
検出値ｘ１：風力発電設備１１から出力された検出値
検出値ｘ２：太陽光発電設備２１から出力された検出値
検出値ｘ３：蓄電設備３１から出力された検出値
制御指令値ｕ１：風力発電設備１１に対する指令値
制御指令値ｕ２：太陽光発電設備２１に対する指令値
制御指令値ｕ３：蓄電設備３１に対する指令値
出力電力値ｙｓ：電源システム１０から出力された総電力の値
出力電力値ｙ１：風力発電設備１１から出力された電力の値
出力電力値ｙ２：太陽光発電設備２１から出力された電力の値
出力電力値ｙ３：蓄電設備３１から出力された電力の値

［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１を参照して本実施形態の一例として、電源制御システム１について説明する。電源制御システム１は、複数の電源装置により構成され負荷への電力供給を行うシステムである。電源制御システム１は、電源制御装置５０、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１を有する。風力発電設備１１、太陽光発電設備２１により電源システム１０が構成される。

（風力発電設備１１）
風力発電設備１１は、再生可能エネルギーである風力を受け電力を発電する電源装置である。風力発電設備１１により発電された電力は、負荷に供給される。請求項における複数の電源設備の一つが、風力発電設備１１に相当する。

風力発電設備１１は、電源制御装置５０により出力電力が制御される。風力発電設備１１の検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）は、電源制御装置５０に入力される。検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）は、風力発電設備１１の出力電力、回転速度、ピッチ角のうち少なくとも一つのパラメータを含む。検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）に基づき電源制御装置５０により演算され出力された制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）が、風力発電設備１１に入力される。制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）は、風力発電設備１１の出力電力、回転速度、ピッチ角のうち少なくとも一つを制御するパラメータを含む。制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）に応じ風力発電設備１１の風力タービンのピッチ制御角が制御され、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）が制御される。

（太陽光発電設備２１）
太陽光発電設備２１は、再生可能エネルギーである太陽光を受け電力を発電する電源装置である。太陽光発電設備２１により発電された電力は、負荷に供給される。請求項における複数の電源設備の一つが、太陽光発電設備２１に相当する。

太陽光発電設備２１は、電源制御装置５０により出力電力が制御される。太陽光発電設備２１の検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）は、電源制御装置５０に入力される。検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）は、太陽光発電設備２１に内蔵されたパワーコンディショナーの出力電力、変換比率のうち少なくとも一つのパラメータを含む。検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）に基づき電源制御装置５０により演算され出力された制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）が、太陽光発電設備２１に入力される。制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）は、太陽光発電設備２１に内蔵されたパワーコンディショナーの出力電力、変換比率のうち少なくとも一つを制御するパラメータを含む。制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）に応じ太陽光発電設備２１に内蔵されたパワーコンディショナーの出力が制御され、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）が制御される。

風力発電設備１１から出力された出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力と太陽光発電設備２１から出力された出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力とが加算され、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）にかかる電力が電源システム１０から出力され、負荷に供給される。

（電源制御装置５０）
電源制御装置５０は、コンピュータ等により構成された装置である。電源制御装置５０は、風力発電設備１１から出力される出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力、太陽光発電設備２１から出力される出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力の制御を行う。電源制御装置５０は、電力系統の監視制御を行う給電指令所、系統制御所、集中制御所、または発電所などの指令室等に設置される。

電源制御装置５０は、検出部５１、入力部５２、出力部５３、記憶部５４、演算部５５を有する。

検出部５１は、測定回路により構成される。検出部５１は、出力電力、回転速度、ピッチ角、変換比率の検出を行う。検出部５１は、入力側が風力発電設備１１、太陽光発電設備２１に、出力側が演算部５５に接続される。検出部５１は、風力発電設備１１から出力された出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）に関連する検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、太陽光発電設備２１から出力された出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）に関連する検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を受信し、演算部５５に出力する。

入力部５２は、送受信回路により構成される。入力部５２は、入力側が図示しない電力制御用センタ装置に、出力側が演算部５５に接続される。入力部５２は、電力制御用センタ装置から要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）を受信し、演算部５５に出力する。

出力部５３は、送受信回路により構成される。出力部５３は、入力側が演算部５５に、出力側が風力発電設備１１、太陽光発電設備２１に接続される。出力部５３は、演算部５５にて演算された制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）を風力発電設備１１に、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を太陽光発電設備２１に出力する。

記憶部５４は、半導体メモリやハードディスクのような記憶媒体にて構成される。記憶部５４は、演算部５５によりデータの書き込み、読出しが制御される。記憶部５４は、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）を記憶する。

演算部５５は、マイクロコンピュータにより構成される。演算部５５は、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１を制御するために後述する演算を行う。演算部５５は、検出部５１、入力部５２、出力部５３、記憶部５４に接続される。演算部５５は、以下の演算および制御を行う。

（Ａ）検出部５１に対する制御
演算部５５は、検出部５１を制御し、検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を受信する。

（Ｂ）入力部５２に対する制御
演算部５５は、入力部５２を制御し、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）を受信する。

（Ｃ）出力部５３に対する制御
演算部５５は、出力部５３を制御し、制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）を風力発電設備１１に、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を太陽光発電設備２１に出力させる。

（Ｄ）記憶部５４に対する制御
演算部５５は、記憶部５４を制御し、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）にかかるデータの書き込み、読出しを行う。

（Ｅ）算出演算
演算部５５は、制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を算出する。

以上が、電源制御システム１の構成である。

［１−２．作用］
次に、図１〜３に基づき本実施形態の電源制御システム１および電源制御装置５０の動作の概要を説明する。電源制御装置５０は、電源出力の応答特性が異なる、異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源設備である風力発電設備１１に対する制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、太陽光発電設備２１に対する制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）をそれぞれ演算し、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１により構成された電源システム１０から出力される総電力と、負荷から要求される需要にかかる総電力とを、精度よく一致させる制御を行う。

風力発電設備１１、太陽光発電設備２１により構成された電源システム１０から出力される総電力が、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）に、負荷から要求される需要にかかる総電力が、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）に相当する。電源制御装置５０の演算部５５により、以下の演算が実行される。

検出部５１は、常時、風力発電設備１１から出力された電力に関連した検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、太陽光発電設備２１から出力された電力に関連した検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を検出している。演算部５５は、常時、検出部５１から検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を受信している。

演算部５５は、例えば、５分または３０分等の予め定められた時間間隔にて電力制御用センタ装置から送信される要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）を、入力部５２を介し受信する。

電源制御装置５０は、検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）に基づき、制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を演算し、出力部５３を介し、それぞれ風力発電設備１１、太陽光発電設備２１に出力する。

風力発電設備１１は、制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）により制御され、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力を出力する。太陽光発電設備２１は、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）により制御され、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力を出力する。

風力発電設備１１から出力された電力に関連した検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、太陽光発電設備２１から出力された電力に関連した検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）は検出部５１を介し、演算部５５にフィードバックされる。

具体的な制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）の演算は、以下により行われる。以下において検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）は、風力発電設備１１から出力された電力、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）は、太陽光発電設備２１から出力された電力であるものとする。したがって検出値ｘ１＝出力電力値ｙ１、検出値ｘ２＝出力電力値ｙ２である。

制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）が風力発電設備１１に入力され、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性は、時定数Ｔ１である一次遅れ特性により近似される。制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）が太陽光発電設備２１に入力され出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性は、時定数Ｔ２である一次遅れ特性により近似される。

検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を状態量とする状態空間モデルは、（式１−１ａ）により表現される。

・・・・・ （式１−１ａ）

（式１−１ａ）の形式を下記の式（式１−１ｂ）に置き換える。

・・・・・ （式１−１ｂ）

電源システム１０から出力される総電力にかかる出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）は、出力電力値ｙｓ（ｔ）＝出力電力値ｙ１（ｔ）＋出力電力値ｙ２（ｔ）＝検出値ｘ１（ｔ）＋検出値ｘ２（ｔ）である。出力電力値ｙｓ（ｔ）に対する要求電力は、要求電力値ｒｓ（ｔ）である。

（式１−１ｂ）におけるＡ、Ｂ、Ｃ、およびＥを、以下の通りとする。

要求電力値ｒｓ（ｔ）（出力の要求にかかる総電力）と出力電力値ｙｓ（ｔ）（電力供給源の出力総電力）との偏差の積分、基準出力電力値ｒ１（ｔ）（風力発電設備１１の基準出力電力値）と出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）（＝検出値ｘ１（ｔ））との偏差の積分、を状態変数に追加した拡大系は、（式１−２）により表現される。

・・・・・ （式１−２）

ここで、ｘ（ｔ）、ｕ（ｔ）、ｒ（ｔ）、ｙ（ｔ）は、以下のとおりである。

次に（式１−２）を制御サンプリング時間で離散化し、（式１−３）の通りとなる。

・・・・・ （式１−３）

（式１−３）にかかる拡大系の差分方程式モデルに対して、極配置法または最適制御理論を適用してサーボ系を構成する。出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）の追従性が最も好適となる極配置、またはＬＱ最適問題の重み行列を設定する。

最適制御理論を適用してサーボ系を構成する場合、次の（式１−４）にかかる評価関数Ｊを最小化する離散時間のＬＱ最適問題を解く。

・・・・・ （式１−４）
ここで、Ｑ、Ｒはそれぞれ状態変数ｘ（ｋ）、制御入力ｕ（ｋ）にかかる重み行列である。

このとき、最適サーボにかかる制御入力ｕ（ｋ）は次の（式１−５）により与えられる。

・・・・・ （式１−５）

（式１−５）にかかる制御ブロック図を図２に示す。図２に示す制御ブロック図にかかるフィードバックサーボ制御系が、電源制御システム１に構成される。

電源制御装置５０は、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）、検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を、制御サンプリング時間ごとに取得する。電源制御装置５０は、図２に示す制御ブロック図にかかるフィードバックサーボ制御系により制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）を算出し、風力発電設備１１に対し出力する。また、電源制御装置５０は、フィードバックサーボ制御系により制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を算出し、太陽光発電設備２１に対し出力する。

電源制御装置５０は、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）により、運用時間帯における定常的な風力発電の発電出力を指定し、風力発電設備１１の制御を行う。基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）に代替し、電源制御装置５０は、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）のうち小さい方の値を有する電力値により、風力発電設備１１の制御を行うようにしてもよい。

または、電源制御装置５０は、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）と出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）との差分値に基づき制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を算出し、風力発電設備１１の制御を行うようにしてもよい。

電源制御装置５０の検出部５１は、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１の出力制御に有効である１００ｍｓ〜５００ｍｓ程度の制御サンプリング時間で、風力発電設備１１から出力された電力に関連した検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、太陽光発電設備２１から出力された電力に関連した検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）の検出を行うことが望ましい。

図３（ａ）に、風速が急変動した場合のシミュレーション例を示す。図３（ａ）に示すように、風速が急変した場合、風速に応じ検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）が変動する。電源制御装置５０は、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）の変動分を、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）により打ち消す制御を太陽光発電設備２１に対し行う。出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）にかかる電力の変動は、電源制御装置５０により、精度よく抑制される。

図３（ｂ）に、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）が急変動した場合のシミュレーション例を示す。図３（ｂ）に示すように、電源制御装置５０は、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）と、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）とを協調させて、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）が要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）に追従する制御を風力発電設備１１、太陽光発電設備２１に対し行う。

電源制御システム１は、水力または波力を利用した電源を含み、電源制御装置５０は、水力または波力を利用した電源を含む電源システムを制御するものであってもよい。また、電源システムにおける各電源設備は、系統連系地点が異なるものを含んでいてもよい。

［１−３．効果］
（１）本実施形態によれば、電源制御装置５０は、再生可能エネルギーを利用した、電源出力の応答特性が異なる複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）から、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）に関連した検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）に関連した検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を受信し、受信した複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）ごとの検出値ｘ１、ｘ２、および複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）ごとの単位時間における応答特性に基づき、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）と出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）との合算値が要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）となる、複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）ごとの制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を算出し、複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）ごとに制御指令値ｕ１、制御指令値ｕ２を指示するので、異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源装置（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）により構成された電源システム１０において、複数の電源装置（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）から出力される供給にかかる総電力である出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）と、負荷から要求される需要にかかる総電力である要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）とを、精度よく一致させることができる電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

（式１−１ａ）における時定数Ｔ１、Ｔ２が、請求項の単位時間における応答特性に相当する。

本実施形態にかかる電源制御装置５０および電源制御システム１は、異種の再生可能エネルギー源を利用した複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）の、制御入力の変化に対する電源出力の応答特性を表した応答特性モデルに基づき、複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）の出力電力の制御を行う。

複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）の電源出力（出力電力値ｙ１、出力電力値ｙ２）を合算した電源システムの出力電力（出力電力値ｙｓ）が、電源システム指令（要求電力値ｒｓ）に追従するように複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）への制御指令値（制御指令値ｕ１、制御指令値ｕ２）が演算され、複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）は、協調して制御されるので、風速変動などの外乱による出力変動を抑制した制御を行うことができる電源制御装置５０および電源制御システム１が実現される。

さらに、電源制御装置５０および電源制御システム１によりサーボ系の機能を持つ制御系が構成され、風力発電設備１１は制御指令値ｕ１により、風力発電設備１１は制御指令値ｕ２により、要求電力値ｒｓに追従するように制御される電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

従来技術として、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１に原動機を併設し、この併設された原動機の慣性や出力制御により、風力発電設備１１または太陽光発電設備２１の出力変動を抑制して出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）にかかる電力を平準化する技術が知られている。

また、従来技術として、太陽光発電設備２１に併設された蓄電装置により太陽光発電設備２１の短い周期の変動を平滑化し、併設した火力発電装置で電源システムの出力電力（出力電力値ｙｓ）を調整する技術が知られている。

一般に、風力を利用した風力発電設備１１による発電は夜間に発電量が大きくなる傾向があり、一方、太陽光を利用した太陽光発電設備２１による発電は日中に発電量が大きくなる。また、一般に、風力を利用した風力発電設備１１の発電量と、太陽光を利用した太陽光発電設備２１の発電量との短時間における変動の相関は、小さい。

風力発電設備１１、太陽光発電設備２１など異種の再生可能エネルギー源が組合わされ構成された複合型の電源システムは、単独の再生可能エネルギーを利用した単独型の電源システムに比べて、近年多用される傾向にある。複合型の電源システムは、単独型の電源システムに比べ、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１などの複数の電源の合計出力の変動が相対的に小さくなるためである。また、複合型の電源システムは、系統連系容量の効率的な利用に繋がることが見込まれるためである。

一方、需給バランスを維持するために、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１などの複数の電源の出力抑制が必要とされる場合もある。揚水発電や地域間電力融通による需給バランスの調整が必要とされ、また、負荷調整力を持つＬＮＧ火力発電等も調整力の確保に利用されるため、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１などの複数の電源の出力抑制が必要とされる場合もある。風力発電設備１１、太陽光発電設備２１による過剰な出力を、精度よくかつ応答性よく抑制するためには、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１を有する電源システムが、自律的な出力調整力を有することが求められる。

本実施形態によれば、異種の再生エネルギー源を利用した複数の電源である風力発電設備１１、太陽光発電設備２１が、出力応答特性を含め協調して制御されるので、風速変動などの外乱による出力変動が抑制され制御性能に優れ、出力指令に対する追従性に優れた電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

（２）本実施形態によれば、複数の電源設備は、風力発電設備、太陽光発電設備のうち少なくとも１つの電源設備を含むので、再生可能エネルギーを有効に利用することができる。要求される要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）の特性に応じ、適切な風力発電設備１１または太陽光発電設備２１を含め電源システムを構築することができ、不要な再生エネルギー源を含めずに電源システムを構築することができる。例えば、太陽光発電設備２１による発電が効率的でない場合、電源システム１０は、風力発電設備１１と揚水発電システムにより構築される。また、例えば、風力発電設備１１による発電が効率的でない場合、電源システム１０は、太陽光発電設備２１と揚水発電システムにより構築される。

［２．第２実施形態］
［２−１．構成および作用］
第２実施形態にかかる電源制御システム１の一例について図４を参照して説明する。第２実施形態にかかる電源制御システム１は、第１実施形態にかかる電源制御システム１に加え、蓄電設備３１を有する。また、第２実施形態にかかる電源制御装置５０は、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１、蓄電設備３１から出力される電力の制御を行う。その他の構成は、第１実施形態にかかる電源制御システム１と同じである。

蓄電設備３１は、複数のリチウムイオン電池等が組合わされて構成された蓄電池である。蓄電設備３１は、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１または水力、火力、原子力等の発電所により発電された電力を蓄電する。蓄電設備３１に蓄電された電力は、負荷に供給される。

蓄電設備３１は、電源制御装置５０により出力電力が制御される。蓄電設備３１の検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）は、電源制御装置５０に入力される。検出値ｘ３は、蓄電設備３１に内蔵されたパワーコンディショナーの出力電力、変換比率のうち少なくとも一つのパラメータを含む。検出値ｘ３に基づき電源制御装置５０により演算され出力された制御指令値ｕ３（蓄電設備３１に対する指令値）が、蓄電設備３１に入力される。制御指令値ｕ３は、蓄電設備３１に内蔵されたパワーコンディショナーの出力電力、変換比率のうち少なくとも一つを制御するパラメータを含む。蓄電設備３１に内蔵されたパワーコンディショナーは、制御指令値ｕ３に応じ蓄電設備３１の充放電の制御を行う。これにより蓄電設備３１の出力電力値ｙ３（蓄電設備３１から出力された電力の値）が制御される。

風力発電設備１１の出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）、太陽光発電設備２１の出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）、蓄電設備３１の出力電力値ｙ３（蓄電設備３１から出力された電力の値）が加算され、出力電力値ｙｓとして負荷に供給される。

次に、本実施形態の電源制御システム１および電源制御装置５０の動作の概要を説明する。電源制御装置５０は、電源出力の応答特性が異なる、異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源設備である風力発電設備１１、太陽光発電設備２１、蓄電設備３１に対する、制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）、制御指令値ｕ３（蓄電設備３１に対する指令値）をそれぞれ演算し、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１、蓄電設備３１により構成された電源システム１０の供給にかかる総電力と、負荷から要求される需要にかかる総電力とを、精度よく一致させる制御を行う。

風力発電設備１１、太陽光発電設備２１、蓄電設備３１により構成された電源システム１０の供給にかかる総電力が、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）に、負荷から要求される需要にかかる総電力が、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）に相当する。電源制御装置５０の演算部５５により、以下の演算が実行される。

検出部５１は、常時、検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）、検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）を受信している。演算部５５は、常時、検出部５１から検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）、検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）を受信している。

演算部５５は、例えば、５分または３０分等の予め定められた時間間隔にて電力制御用センタ装置から送信される要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）、基準出力電力値ｒ３（蓄電設備３１の基準出力電力値）を、入力部５２を介し受信する。

電源制御装置５０は、検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）、検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、基準出力電力値ｒ３（蓄電設備３１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）に基づき、制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）、制御指令値ｕ３（蓄電設備３１に対する指令値）を演算し、出力部５３を介し、それぞれ風力発電設備１１、太陽光発電設備２１、蓄電設備３１に出力する。

風力発電設備１１は、制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）により制御され、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力を出力する。太陽光発電設備２１は、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）により制御され、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力を出力する。蓄電設備３１は、制御指令値ｕ３（蓄電設備３１に対する指令値）により制御され、出力電力値ｙ３（蓄電設備３１から出力された電力の値）にかかる電力を出力する。

風力発電設備１１から出力された電力に関連した検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、太陽光発電設備２１から出力された電力に関連した検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）、蓄電設備３１から出力された電力に関連した検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）は検出部５１を介し、演算部５５にフィードバックされる。

具体的な制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）、制御指令値ｕ３（蓄電設備３１に対する指令値）の演算は、以下により行われる。

制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）が風力発電設備１１に入力され、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性は、時定数Ｔ１である一次遅れ特性により近似される。制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）が太陽光発電設備２１に入力され出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性は、時定数Ｔ２である一次遅れ特性により近似される。制御指令値ｕ３（蓄電設備３１に対する指令値）が蓄電設備３１に入力され出力電力値ｙ３（蓄電設備３１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性は、時定数Ｔ３である一次遅れ特性により近似される。

検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）、検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）を状態量とする状態空間モデルは、（式２−１ａ）により表現される。以下において検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）は、風力発電設備１１から出力された電力、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）は、太陽光発電設備２１から出力された電力、検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）は、蓄電設備３１から出力された電力である。したがって検出値ｘ１＝出力電力値ｙ１、検出値ｘ２＝出力電力値ｙ２、検出値ｘ３＝出力電力値ｙ３である。

・・・・・ （式２−１）

電力供給源の供給にかかる総電力にかかる出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）は、出力電力値ｙｓ（ｔ）＝出力電力値ｙ１（ｔ）＋出力電力値ｙ２（ｔ）＋出力電力値ｙ３（ｔ）＝検出値ｘ１（ｔ）＋検出値ｘ２（ｔ）＋検出値ｘ３（ｔ）である。出力電力値ｙｓ（ｔ）に対する要求電力は、要求電力値ｒｓ（ｔ）である。

蓄電設備３１は、電源制御装置５０から基準出力電力値ｒ３（蓄電設備３１の基準出力電力値）により、運用時間帯における定常的な電力を出力するように指示される。蓄電設備３１に内蔵されたパワーコンディショナーは、基準出力電力値ｒ３（蓄電設備３１の基準出力電力値）に基づき蓄電設備３１の充放電の制御を行う。

電源制御装置５０は、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、基準出力電力値ｒ３（蓄電設備３１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）、検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）、検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）を、制御サンプリング時間ごとに取得する。電源制御装置５０は、フィードバックサーボ制御系により制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）を算出し、風力発電設備１１に対し出力する。また、電源制御装置５０は、フィードバックサーボ制御系により制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を算出し、太陽光発電設備２１に対し出力する。また、電源制御装置５０は、フィードバックサーボ制御系により制御指令値ｕ３（蓄電設備３１に対する指令値）を算出し、蓄電設備３１に対し出力する。

電源制御装置５０は、基準出力電力値ｒ３（蓄電設備３１の基準出力電力値）により、運用時間帯における定常的な出力電力を指定し、蓄電設備３１の制御を行う。電源制御装置５０は、基準出力電力値ｒ３（蓄電設備３１の基準出力電力値）に代替し、蓄電設備３１に蓄電された蓄電量に基づき出力電力を算出し、蓄電設備３１の制御を行うようにしてもよい。

電源制御装置５０は、フィードバックされた蓄電設備３１のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基づき、蓄電設備３１が所望のＳＯＣの範囲となるように、基準出力電力値ｒ３（蓄電設備３１の基準出力電力値）を設定するようにしてもよい。

［２−２．効果］
（１）本実施形態にかかる電源制御システム１によれば、複数の電源設備は、蓄電設備３１を備え、蓄電設備３１の検出値ｘ３（蓄電設備３１から出力された検出値）を含めて、複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）ごとの制御指令値（制御指令値ｕ１、制御指令値ｕ２）および蓄電設備３１の指令値（制御指令値ｕ３）を算出するので、異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源装置（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１、蓄電設備３１）により構成された電力供給源である電源システム１０において、複数の電源装置（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１、蓄電設備３１）から出力される供給にかかる総電力（出力電力値ｙｓ）と、負荷から要求される需要にかかる総電力（要求電力値ｒｓ）とを、精度よく一致させることができる電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

異種の再生可能エネルギー源（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）を利用した電源システムにおいて、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１に併設された蓄電設備３１を協調して制御することにより、電源システムの出力変動を小さくすることができ、エネルギーロスを小さくすることができる電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

［３．第３実施形態］
［３−１．構成および作用］
第３実施形態にかかる電源制御システム１の一例について図５、６を参照して説明する。第３実施形態にかかる電源制御システム１は、第１実施形態にかかる電源制御システム１に加え、風力発電制御部１２を有する。また、第３実施形態にかかる電源制御装置５０は、ＰＩ制御、フィードフォワード制御により風力発電設備１１、風力発電制御部１２を制御する点において第１実施形態にかかる電源制御装置５０と異なる。その他の構成は、第１実施形態にかかる電源制御システム１と同じである。

風力発電制御部１２は、風力発電設備１１の出力電力の制御を行う制御装置により構成される。風力発電制御部１２は、風力発電設備１１のピッチ制御角および風力タービン回転速度を制御することにより風力発電設備１１の出力電力の制御を行う。風力発電設備１１により発電された電力は、負荷に供給される。

電源制御装置５０は、電源出力の応答特性が異なる、異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源設備である風力発電設備１１、太陽光発電設備２１の制御を行う。電源制御装置５０は、制御指令値ｕ１ａ（風力発電制御部１２に対する指令値）を算出し、風力発電制御部１２に出力する。風力発電制御部１２は、制御指令値ｕ１ａ（風力発電制御部１２に対する指令値）に基づき制御指令値ｕ１ｂ（風力発電設備１１に対する指令値）を算出し、風力発電設備１１に出力する。制御指令値ｕ１ａ、制御指令値ｕ１ｂは、風力発電設備１１の出力電力、回転速度、ピッチ角のうち少なくとも一つを制御するパラメータを含む。制御指令値ｕ１ａ、制御指令値ｕ１ｂは、風力発電設備１１を制御するパラメータが分担され構成される。例えば制御指令値ｕ１ａは、風力発電設備１１の出力電力、回転速度に関するパラメータを、制御指令値ｕ１ｂは、風力発電設備１１のピッチ角に関するパラメータを含むように構成される。

電源制御装置５０は、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を算出し、太陽光発電設備２１に出力する。制御指令値ｕ２は、太陽光発電設備２１に内蔵されたパワーコンディショナーの出力電力、変換比率のうち少なくとも一つを制御するパラメータを含む。電源制御装置５０は、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１により構成された電源システム１０から出力される総電力と、負荷から要求される需要にかかる総電力とを、精度よく一致させる制御を行う。

風力発電設備１１、太陽光発電設備２１により構成された電源システム１０から出力される総電力が出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）に、負荷から要求される需要にかかる総電力が、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）に相当する。

電源制御装置５０の検出部５１は、風力発電設備１１から出力された電力に関連した検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、太陽光発電設備２１から出力された電力に関連した検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を受信し、演算部５５に出力する。検出値ｘ１は、風力発電設備１１の出力電力、回転速度、ピッチ角のうち少なくとも一つのパラメータを含む。検出値ｘ２は、太陽光発電設備２１に内蔵されたパワーコンディショナーの出力電力、変換比率のうち少なくとも一つのパラメータを含む。

電源制御装置５０の入力部５２は、図示しない電力制御用センタ装置から要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）を受信し、演算部５５に出力する。

電源制御装置５０の出力部５３は、演算部５５にて演算された制御指令値ｕ１（風力発電制御部１２に対する指令値）を風力発電制御部１２に、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を太陽光発電設備２１に出力する。

風力発電設備１１の検出値ｘ１、太陽光発電設備２１の検出値ｘ２は、検出部５１を介し、演算部５５にフィードバックされる。

風力発電制御部１２は、制御指令値ｕ１（風力発電制御部１２に対する指令値）と検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）に基づき制御指令値ｕ１ｂ（風力発電設備１１に対する指令値）を演算し、風力発電設備１１の風力タービンのピッチ角を制御する。これにより風力発電設備１１は制御され、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力を出力する。風力発電設備１１の風力タービンのピッチ角の制御は、ＰＩ制御にて行われる。風力発電設備１１の風力タービンのピッチ角の制御は、風速変動などの外乱の影響を抑えるようＰゲインが相対的に大きく調整されたＰＩ制御定数が用いられ行われる。

太陽光発電設備２１は、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）に基づき、太陽光発電設備２１に内蔵されたパワーコンディショナー（図中不示）により出力電力が制御され出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力を出力する。

出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力が加算され、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）として負荷に供給される。

具体的な制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）、制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）の演算は、以下により行われる。

以下の演算において、ピッチ制御角および風力タービン回転速度または出力電力の２変数を状態変数である検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）とする。

制御指令値ｕ１（風力発電制御部１２に対する指令値）が風力発電制御部１２に入力され、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性にかかる、線形近似モデルは下記のとおりとなる。

・・・・・ （式３−１ａ）

制御指令値ｕ１（風力発電制御部１２に対する指令値）が風力発電制御部１２に入力され、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性は、システム行列Ａｗｔ、Ｂｗｔで表した二次遅れ特性により近似される。制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）が太陽光発電設備２１に入力され出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性は、時定数Ｔ２である一次遅れ特性により近似される。

（式３−１ａ）におけるシステム行列Ａｗｔ、Ｂｗｔ、時定数Ｔ２が、請求項の単位時間における応答特性に相当する。システム行列Ａｗｔ、Ｂｗｔは、風力発電設備１１と風力発電制御部１２とが結合された系における時定数を含む行列である。

出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）にかかる電力が出力される応答特性と（式３−１ａ）にかかる応答特性とを併せて、検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を状態量とする状態空間モデルは、（式３−１ｂ）により表現される。

・・・・・ （式３−１ｂ）

上記の式（３−１ｂ）の形式を下記の式（式３−１ｃ）に置き換える。

・・・・・ （式３−１ｃ）

電力供給源の供給にかかる総電力にかかる出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）は、出力電力値ｙｓ（ｔ）＝出力電力値ｙ１（ｔ）＋出力電力値ｙ２（ｔ）である。出力電力値ｙｓ（ｔ）に対する要求電力は、要求電力値ｒｓ（ｔ）である。

（式３−１ｃ）におけるＡ、Ｂ、Ｃ、およびＥを、以下の通りとする。

要求電力値ｒｓ（ｔ）（電源システム１０に要求される総出力電力値）と出力電力値ｙｓ（ｔ）（電源システム１０から出力された総電力の値）との偏差の積分、基準出力電力値ｒ１（ｔ）（風力発電設備１１の基準出力電力値）と出力電力値ｙ１（ｔ）（風力発電設備１１から出力された電力の値）との偏差の積分、を状態変数に追加した拡大系は、（式１−２）により表現される。

・・・・・ （式３−２）

ここで、ｘ（ｔ）、ｕ（ｔ）、ｒ（ｔ）、ｙ（ｔ）は、以下のとおりである。

次に（式３−２）を制御サンプリング時間で離散化し、（式３−３）の通りとなる。

・・・・・ （式３−３）

（式３−３）にかかる拡大系の差分方程式モデルに対して、極配置法または最適制御理論を適用してサーボ系を構成する。出力電力値ｙｓ（ｔ）（電力供給源の出力総電力値）の追従性が最も好適となる極配置、またはＬＱ最適問題の重み行列を設定する。

最適制御理論を適用してサーボ系を構成する場合、次の（式３−４）にかかる評価関数Ｊを最小化する離散時間のＬＱ最適問題を解く。

・・・・・ （式３−４）
ここで、Ｑ、Ｒはそれぞれ状態変数ｘ（ｋ）、制御入力ｕ（ｋ）にかかる重み行列である。

このとき、最適サーボにかかる制御入力ｕ（ｋ）は次の（式３−５）により与えられる。

・・・・・ （式３−５）

（式３−５）にかかる制御ブロック図を図６に示す。図６に示す制御ブロック図にかかるフィードバックサーボ制御系が、電源制御システム１に構成される。電源制御システム１は、フィードフォワード制御系を有する。フィードフォワード制御系により要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）が、フィードフォワードされる。フィードフォワード制御系により出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）の出力追従性が向上する。

電源制御装置５０は、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）、検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）を、制御サンプリング時間ごとに取得する。

電源制御装置５０は、図６に示す制御ブロック図にかかるフィードバックサーボ制御系およびフィードフォワード制御系により制御指令値ｕ１（風力発電制御部１２に対する指令値）を算出する。算出された制御指令値ｕ１（風力発電制御部１２に対する指令値）は、風力発電制御部１２に対し出力される。また、電源制御装置５０は、フィードバックサーボ制御系およびフィードフォワード制御系により制御指令値ｕ２（太陽光発電設備２１に対する指令値）を算出し、太陽光発電設備２１に対し出力する。

電源制御装置５０は、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）により、運用時間帯における定常的な風力発電の発電出力を指定し、風力発電設備１１の制御を行う。基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）に代替し、電源制御装置５０は、基準出力電力値ｒ１（風力発電設備１１の基準出力電力値）、予測出力電力値ｆ１（風力発電設備１１の予測出力電力値）のうち小さい方の値を有する電力値により、風力発電設備１１の制御を行うようにしてもよい。

または、電源制御装置５０は、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）と出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）との差分値に基づき制御指令値ｕ１（風力発電設備１１に対する指令値）を算出し、風力発電制御部１２を介し風力発電設備１１の制御を行うようにしてもよい。

電源制御装置５０の検出部５１は、風力発電設備１１、太陽光発電設備２１の出力制御に有効である５００ｍｓ〜１０００ｍｓ程度の制御サンプリング時間で、風力発電設備１１から出力された電力に関連した検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、太陽光発電設備２１から出力された電力に関連した検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）の検出を行うことが望ましい。

また、風力発電制御部１２の制御サンプリング時間は、風速変動等の外乱抑制制御に有効である２０ｍｓ〜１００ｍｓ程度に設定されることが望ましい。

図３（ａ）に示された、シミュレーション例と同様に、風速が急変した場合、風速に応じ検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）が変動する。電源制御装置５０は、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）の変動分を、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）により、打ち消す制御を太陽光発電設備２１に対し行う。出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）にかかる電力の変動は、電源制御装置５０により、より精度よく抑制される。

図３（ｂ）に示された、シミュレーション例と同様に、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）が急変動した場合、電源制御装置５０は、出力電力値ｙ１（風力発電設備１１から出力された電力の値）と、出力電力値ｙ２（太陽光発電設備２１から出力された電力の値）とを協調させて、出力電力値ｙｓ（電源システム１０から出力された総電力の値）が要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）に追従する制御を風力発電設備１１、太陽光発電設備２１に対し行う。

［３−２．効果］
（１）本実施形態によれば、電源制御装置５０は、定常外乱および定常制御偏差を補償するサーボ制御系により、複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）ごとの制御指令値（制御指令値ｕ１、制御指令値ｕ２）を算出するので、異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源装置（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）により構成された電力供給源において、複数の電源装置（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）から出力される供給にかかる総電力（出力電力値ｙｓ）と、負荷から要求される需要にかかる総電力（要求電力値ｒｓ）とを、精度よく一致させることができる電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

本実施形態にかかる電源制御装置５０および電源制御システム１は、異種の再生可能エネルギー源を利用した複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）の、制御指令値（制御指令値ｕ１、制御指令値ｕ２）の変化に対する出力電力の応答特性を表した応答特性モデルに基づき、複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）の出力電力の制御を行う。

電源制御装置５０は、電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）の出力電力に関連した計測情報である検出値（検出値ｘ１、検出値ｘ２）に基づき、電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）の出力電力の変動時にも、出力電力が制御指令値（制御指令値ｕ１、制御指令値ｕ２）に追従するように電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）をレギュレータ制御する。

複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）の電源出力（出力電力値ｙ１、出力電力値ｙ２）を合算した電源システム１０の出力電力（出力電力値ｙｓ）が、電源システム指令（要求電力値ｒｓ）に追従するように複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）への制御指令値（制御指令値ｕ１、制御指令値ｕ２）が演算される。制御指令値（制御指令値ｕ１、制御指令値ｕ２）によりサーボ出力指令され、複数の電源設備（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）は、協調して制御される。これにより、風速変動などの外乱による出力変動を抑制した制御を行うことができる電源制御装置５０および電源制御システム１が実現される。

さらに、電源制御装置５０および電源制御システム１によりサーボ系の機能を持つ制御系が構成され、風力発電設備１１は制御指令値ｕ１により、風力発電設備１１は制御指令値ｕ２により、要求電力値ｒｓに追従するように制御される電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

風力発電制御部１２の制御定数は、外乱抑制を指向した定数が選択される。風力発電制御部１２による検出値ｘ１（風力発電設備１１から出力された検出値）、検出値ｘ２（太陽光発電設備２１から出力された検出値）の制御サンプリング時間を短くすることにより、風速変動などの外乱による出力変動が効率よく抑制され、応答性に優れた電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

（２）本実施形態によれば、電源制御装置５０は、要求電力値ｒｓ（電源システム１０に要求される総出力電力値）をフィードフォワードするので、異種の再生可能エネルギーを利用した複数の電源装置（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）により構成された電力供給源において、複数の電源装置（風力発電設備１１、太陽光発電設備２１）から出力される供給にかかる総電力（出力電力値ｙｓ）と、負荷から要求される需要にかかる総電力（要求電力値ｒｓ）とを、より精度よく一致させることができる電源制御装置５０および電源制御システム１を提供することができる。

電源制御装置５０は、フィードフォワード機能を備えるので、さらに出力追従性が向上する。

（３）本実施形態によれば、電源制御装置５０は、複数の電源設備のうち少なくとも一つの電源設備（風力発電設備１１）を制御する、電源制御装置５０と一つの電源設備（風力発電設備１１）との間に直列に接続された制御部（風力発電制御部１２）に対し、第１の変動に対する第１の制御指令値ｕ１を出力し、一つの電源設備（風力発電設備１１）は、第１の変動に対する第１の制御指令値ｕ１、および第２の変動に対する第２の制御指令値ｕ１ｂにより制御部（風力発電制御部１２）により制御されるので、電源設備１１は、電源制御装置５０、制御部（風力発電制御部１２）により効率よく制御される。

第１の変動は、例えば要求電力値ｒｓの変動であり、第１の制御指令値ｕ１は、例えば風力発電設備１１の出力電力、回転速度に関するパラメータを指令するものである。第２の変動は、例えば変動風速の変動であり、第２の制御指令値ｕ１ｂは、例えば風力発電設備１１のピッチ角に関するパラメータを指令するものである。電源制御装置５０、制御部（風力発電制御部１２）は、それぞれに適した制御項目にかかる制御を行う。一つの電源設備（風力発電設備１１）は、制御項目が分担された電源制御装置５０、制御部（風力発電制御部１２）により制御される。

［他の実施形態］
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。

（１）上記実施形態では、検出値ｘ１は、風力発電設備１１の出力電力にかかるパラメータであるものとしたが、検出値ｘ１は、これに限られない。例えば検出値ｘ１は、風力発電設備１１の出力電力、風力タービンの回転速度、ピッチ角のうち複数のパラメータを含むものであってもよい。また、上記実施形態では、検出値ｘ２は、太陽光発電設備２１の出力電力にかかるパラメータであるものとしたが、検出値ｘ２は、これに限られない。例えば検出値ｘ２は、太陽光発電設備２１の出力電力、太陽光発電設備２１に内蔵されたパワーコンディショナーの変換比率のうち複数のパラメータを含むものであってもよい。

（２）上記実施形態では、制御指令値ｕ１は、風力発電設備１１の出力電力にかかるパラメータを指令するものとしたが、制御指令値ｕ１は、これに限られない。例えば制御指令値ｕ１は、風力発電設備１１の出力電力、風力タービンの回転速度、ピッチ角のうち複数のパラメータを指令するものであってもよい。また、上記実施形態では、制御指令値ｕ２は、太陽光発電設備２１の出力電力にかかるパラメータを指令するものとしたが、制御指令値ｕ２は、これに限られない。例えば制御指令値ｕ２は、太陽光発電設備２１の出力電力、太陽光発電設備２１に内蔵されたパワーコンディショナーの変換比率のうち複数のパラメータを指令するものであってもよい。

１・・・電源制御システム
１０・・・電源システム
１１・・・風力発電設備
１２・・・風力発電制御部
２１・・・太陽光発電設備
３１・・・蓄電設備
５０・・・電源制御装置
５１・・・検出部
５２・・・入力部
５３・・・出力部
５４・・・記憶部
５５・・・演算部

Claims (8)

1. 再生可能エネルギーを利用した、電源出力の応答特性が異なる複数の電源設備から、出力電力値に関連した検出値を受信し、
   受信した複数の前記電源設備ごとの前記検出値、および複数の前記電源設備ごとの単位時間における応答特性に基づき、
   複数の前記電源設備から出力される前記出力電力値の合算値が要求電力値となる、複数の前記電源設備ごとの制御指令値を算出し、複数の前記電源設備ごとに前記制御指令値を指示する、
   電源制御装置。
2. 前記電源制御装置は、
   複数の電源設備のうち少なくとも一つの電源設備を制御する、前記電源制御装置と少なくとも一つの前記電源設備との間に直列に接続された制御部に対し、第１の変動に対する第１の制御指令値を出力し、
   少なくとも一つの前記電源設備は、前記第１の変動に対する前記第１の制御指令値に基づく第２の変動に対する第２の制御指令値により前記制御部により制御される、
   請求項１に記載の電源制御装置。
3. 複数の前記電源設備は、風力発電設備、太陽光発電設備のうち少なくとも１つの電源設備を含む、
   請求項１または請求項２に記載の電源制御装置。
4. 複数の前記電源設備のうち、少なくとも１つの電源設備は、風力発電設備であり、前記検出値は、出力電力、回転速度、ピッチ角のうち少なくとも一つのパラメータを含む、
   請求項１または請求項２に記載の電源制御装置。
5. 複数の前記電源設備は、蓄電設備を備え、
   前記蓄電設備の出力電力値を含めて、複数の前記電源設備ごとの出力制御指令値および前記蓄電設備の制御指令値を算出する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源制御装置。
6. 定常外乱および定常制御偏差を補償するサーボ制御系により、複数の前記電源設備ごとの制御指令値を算出する、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源制御装置。
7. 前記要求電力値をフィードフォワードする、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電源制御装置。
8. 再生可能エネルギーを利用した、電源出力の応答特性が異なる複数の電源設備と、
   複数の前記電源設備から受信した複数の前記電源設備ごとの出力電力値に関連した検出値、および複数の前記電源設備ごとの単位時間における応答特性に基づき、
   複数の前記電源設備から出力される前記出力電力値の合算値が要求電力値となる、複数の前記電源設備ごとの制御指令値を算出し、複数の前記電源設備ごとに前記制御指令値を指示する電源制御装置と、
   を有する、電源制御システム。
   
   

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