JP2021141700A

JP2021141700A - 電力系統の需給調整装置、電力系統の負荷周波数制御装置、電力系統のバランシンググループ装置および電力系統の需給調整方法

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Publication number: JP2021141700A
Application number: JP2020037230A
Authority: JP
Inventors: 佑樹辻井; yuki Tsujii; 翔太逢見; Shota OMI
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: JP7313301B2

Abstract

【課題】負荷変動に応じた周波数変動を抑制しつつ、コストを低減する。【解決手段】電力系統を構成する調整力電源に対する出力配分を決定するために用いられる電力系統の需給調整装置は、需給インバランスの大きさと出力配分可能上限値の関係を示す関数を格納する出力配分可能上限値データベースＤＢ２と、出力配分１回あたりの対象調整力電源への出力配分可能上限値を変更する出力配分可能上限値変更部１３とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電力系統の需給調整装置、電力系統の負荷周波数制御装置、電力系統のバランシンググループ装置および電力系統の需給調整方法に関する。

電力系統において負荷変動などにより需給インバランスが発生すると、周波数変動が発生する。負荷周波数制御（ＬｏａｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ：以下、ＬＦＣと言う）では、数分〜２０分程度の負荷変動（再生可能エネルギー変動を含む）に対して、中央給電指令所で負荷変動量を計算し、この負荷変動量に追従する発電量を各発電機に指令することで、系統周波数を許容範囲に抑制する。この負荷変動量を地域要求量（ＡｒｅａＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ：以下、ＡＲと言うことがある）と定義し、このＡＲを満たすように発電機に対し出力指令することで、需給平衡を保つことができる。

出力指令は、全ての発電機に出されるわけではなく、短周期で出力を変更できる発電機に対して出される。通常の運用では、数分〜２０分程度の負荷変動の調整力は、系統容量の１〜２％程度が確保される。連系された各電力系統では、主に以下の２つのＬＦＣ方式が採用される。

第１のＬＦＣ方式は、定周波数制御方式（ＦｌａｔＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ：以下、ＦＦＣ方式と言う）である。ＦＦＣ方式では、系統周波数偏差Δｆを検出し、系統周波数偏差Δｆを低減すべくＬＦＣ対象発電機に対して発電機出力指令を送ることで、周波数を規定値に保つ。

第２のＬＦＣ方式は、周波数バイアス連系線潮流制御方式（ＴｉｅＬｉｎｅＢｉａｓＣｏｎｔｒｏｌ、以下、ＴＢＣ方式と言う）である。ＴＢＣ方式では、系統周波数偏差Δｆと連系線潮流偏差ΔＰｔを検出し、系統周波数偏差Δｆと連系線潮流偏差ΔＰｔで定まる値を低減すべくＬＦＣ対象発電機に対して発電機出力指令を送ることで、自エリア内の周波数を規定値に保つ。ＴＢＣ方式におけるＡＲは以下の（１）式で算出される。（１）式において、Ｋは系統定数である。なお、ＦＦＣ方式では、ＴＢＣ方式の（１）式から連系線潮流偏差ΔＰｔを省略することでＡＲが算出される。
ＡＲ＝−Ｋ×Δｆ＋ΔＰｔ・・・（１）

（１）式で算出したＡＲを出力変化速度ごとなどに火力発電機または水力発電機に分担させることで、需給バランスを取る。ここで、太陽光発電および風力発電などによる再生可能エネルギーが電力系統に大量に導入され、それに伴う需給インバランスが大きくなると、周波数変動を防止できない恐れがある。

また、調整力の取引を行う需給調整市場が創設されると、一般送配電事業者は、この需給調整市場において調整力を調達することになる。また、その運用においては、出力変化速度ごとでなく、メリットオーダーに基づいて調整力を発動する仕組みが設けられる可能性がある。メリットオーダー方式によるＡＲ配分では、燃料コストに基づく優先順位を基にＬＦＣ対象発電機にＡＲを配分する。調整力の上げ方向については燃料コストの安い順にＡＲを配分し、調整力の下げ方向については燃料コストの高い順にＡＲを配分する。ただし、メリットオーダーに基づく配分では、ＡＲを配分する発電機の台数が減少し、周波数変動が増加する可能性がある。

電力系統の需給調整方法として、特許文献１に開示された技術がある。特許文献１によると、地域制御誤差（需給インバランスのことを、出力調整すべき量という意味のＡＲとも、地域で制御しきれなかった量という意味の地域制御誤差（ＡｒｅａＣｏｎｔｒｏｌＥｒｒｏｒ、以下、ＡＣＥと言う）とも呼ぶ）の大きさごとのゾーンに応じて、目標ゾーンを変更することで、ＬＦＣ対象発電機へのＡＣＥ配分を決定する方法が記載されている。

米国特許出願公開第２０１６／０１４９４０９号明細書

しかしながら、特許文献１では、系統周波数を管理目標値以内に保持しつつ燃料コストを低減できるように、ＡＣＥのゾーンを決定すること難しい可能性がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、負荷変動に応じた周波数変動を抑制しつつ、コストを低減可能な電力系統の需給調整装置、電力系統の負荷周波数制御装置、電力系統のバランシンググループ装置および電力系統の需給調整方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、電力系統の需給調整装置は、出力配分１回あたりの対象調整力電源への出力配分可能上限値を変更する出力配分可能上限値変更部と、需給インバランスの大きさと出力配分可能上限値の関係を示す関数を格納する出力配分可能上限値決定モデルデータベースとを備える。

本発明によれば、負荷変動や出力変動に応じた周波数変動を抑制しつつ、コストを低減することができる。

実施例１に係る電力系統に接続された電力系統の負荷周波数制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。実施例１に係る電力系統の負荷周波数制御装置の機能構成を示すブロック図である。実施例１の電力系統の負荷周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。実施例１の出力配分可能上限値変更部において参照される、周波数変動と出力配分可能上限値の関係を示すモデルの一例を示す図である。実施例１の電力系統の需給調整監視装置の出力配分時に参照される周波数変動の一例を示す図である。実施例１の電力系統の負荷周波数制御装置による調整力電源ごとの出力配分の一例を示す図である。実施例１の電力系統の負荷周波数制御装置による調整力電源ごとの出力配分の時系列の出力変化の一例を示す図である。実施例２に係る電力系統の負荷周波数制御装置の機能構成を示すブロック図である。実施例２の出力配分可能上限値変更部において参照される、ＡＲ変動と出力配分可能上限値の関係を示すモデルの一例を示す図である。実施例２の電力系統の需給調整監視装置の出力配分時に参照されるＡＲ変動の一例を示す図である。実施例３に係る電力系統の負荷周波数制御装置の機能構成を示すブロック図である。実施例３の出力配分可能上限値変更部において参照される、再生可能エネルギー出力変動と出力配分可能上限値の関係を示すモデルの一例を示す図である。実施例３の電力系統の需給調整監視装置の出力配分時に参照される再生可能エネルギー出力変動の一例を示す図である。実施例４に係る電力系統のバランシンググループ装置の機能構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

なお、実施例を説明する図において、同一の機能を有する箇所には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

また、以下の説明では、情報の一例として「ｘｘｘデータ」といった表現を用いる場合があるが、情報のデータ構造はどのようなものでもよい。すなわち、情報がデータ構造に依存しないことを示すために、「ｘｘｘデータ」を「ｘｘｘテーブル」と言うことができる。さらに、「ｘｘｘデータ」を単に「ｘｘｘ」と言うこともある。そして、以下の説明において、各情報の構成は一例であり、情報を分割して保持したり、結合して保持したりしても良い。

図１は、実施例１に係る電力系統に接続された負荷周波数制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。なお、実施例１では、負荷周波数制御装置の構成要素の一部として、需給調整装置が存在する例を説明する。

図１において、負荷周波数制御装置１０は、例えば、計算機システムで構成される。負荷周波数制御装置１０は、電力系統２０の負荷変動などに起因する周波数変動を抑制する負荷周波数制御を行う。このとき、負荷周波数制御装置１０は、数分〜２０分程度の負荷変動に対して負荷変動量を計算し、この負荷変動量に追従する調整力を各調整力電源に指令することで、系統周波数を許容範囲に抑制することができる。本明細書では、負荷周波数制御における出力配分の分配先を調整力電源と言う。調整力電源は、発電機、蓄電池およびデマンドレスポンスの少なくともいずれか１つから選択することができる。

負荷周波数制御装置１０は、負荷変動量を定義したＡＲについて、経済性に応じた出力配分を決定する。経済性に応じた出力配分は、例えば、メリットオーダーに応じた出力配分である。メリットオーダーに応じた出力配分では、負荷周波数制御装置１０は、コストに基づく優先順位を基に調整力電源にＡＲを配分する。このとき、負荷周波数制御装置１０は、調整力の上げ方向についてはコストの安い順にＡＲを配分し、調整力の下げ方向についてはコストの高い順にＡＲを配分することができる。ここで言うコストは、調整力電源の燃料コストの他、調達コストを含んでもよい。

負荷周波数制御装置１０は、通信ネットワーク３００を介して、電力系統２０の計測情報などにアクセスすることができる。電力系統２０は、複数の発電機２３Ａ〜２３Ｄおよび負荷２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｄ〜２５Ｆが、母線（ノード）２１Ａ〜２１Ｆ、変圧器２２Ａ〜２２Ｄおよび送電線路（ブランチ）２４Ａ〜２４Ｅなどを介して相互に連系されたシステムである。ここで言う発電機２３Ａ〜２３Ｄは、例えば、火力発電機、水力発電機または原子力発電機である。ノード２１Ａ〜２１Ｆには、電力系統２０の保護、制御および監視のための各種の計測器が設置されている。また、各ノード２１Ａ〜２１Ｄには、蓄電池２６Ａ〜２６Ｄおよび再生可能エネルギー発電機２７Ａ〜２７Ｄが接続されている。再生可能エネルギー発電機２７Ａ〜２７Ｄは、例えば、太陽光発電機、太陽熱発電機または風力発電機である。

負荷周波数制御装置１０は、表示部２１、入力部２２、通信部２３、プロセッサ２４、メモリ２５および記憶装置２６を備える。表示部２１、入力部２２、通信部２３、プロセッサ２４、メモリ２５および記憶装置２６は、バス２７を介して接続されている。

表示部２１は、負荷周波数制御装置１０で扱われるパラメータおよび負荷周波数制御装置１０での処理結果などを表示する。表示部２１は、ディスプレイ装置であってもよいし、ディスプレイ装置とともにプリンタ装置または音声出力装置などを用いてもよい。

入力部２２は、負荷周波数制御装置１０を動作させるための各種条件などを入力する。入力部２２は、キーボードおよびマウスなどを使用できる他、タッチパネルまたは音声指示装置などの少なくともいずれか一つを備えるようにしてもよい。

通信部２３は、通信ネットワーク３００に接続するための回路および通信プロトコルを備える。通信ネットワーク３００は、インターネットなどのＷＡＮ（ＷｉｄｅＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＷｉＦｉまたはイーサネット（登録商標）などのＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＷＡＮとＬＡＮが混在していてもよい。

プロセッサ２４は、コンピュータプログラムを実行し、記憶装置２６に記憶されている各種データベース内のデータの検索、処理結果の表示指示、電力系統２０の負荷周波数制御に関する処理などを行う。プロセッサ２４は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）であってもよいし、ＧＰＵ（ＧｒａｐｈｉｃｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）であってもよい。プロセッサ２４は、シングルコアロセッサであってもよいし、マルチコアロセッサであってもよい。プロセッサ２４は、処理の一部または全部を行うハードウェア回路（例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ））を備えていてもよい。プロセッサ２４は、ニューラルネットワークを備えていてもよい。プロセッサ２４は、１つまたは複数の半導体チップとして構成してもよいし、計算サーバのようなコンピュータ装置として構成してもよい。プログラムの実行は、複数のプロセッサやコンピュータに分担させてもよい。あるいは、プロセッサ２４は、通信ネットワーク３００を介してクラウドコンピュータなどに負荷周波数制御プログラムの全部または一部の実行を指示し、その実行結果を受け取るようにしてもよい。

メモリ２５は、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）として構成され、コンピュータプログラムおよび計算結果データを記憶したり、各処理に必要なワークエリアをプロセッサ２４に提供したりする。

記憶装置２６は、大容量の記憶容量を有する記憶デバイスであり、例えば、ハードディスク装置やＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）である。記憶装置２６は、各種プログラムの実行ファイルやプログラムの実行に用いられるデータを保持することができる。記憶装置２６は、過去データデータベース（ｄａｔａｂｅｓｅ：ＤＢ）ＤＢ１、出力配分可能上限値データベースＤＢ２、出力配分指令値データベースＤＢ３を保持することができる。また、記憶装置２６は、負荷周波数制御プログラムを保持することができる。負荷周波数制御プログラムは、負荷周波数制御装置１０にインストール可能なソフトウェアであってもよいし、負荷周波数制御装置１０にファームウェアとして組み込まれていてもよい。

過去データデータベースＤＢ１は、調整力電源出力や再生可能エネルギー出力等の過去データを格納する。

出力配分可能上限値データベースＤＢ２は、周波数変動と出力配分可能上限値の関係を示す関数を格納する。

出力配分指令値データベースＤＢ３は、各調整力電源への出力配分指令値を格納する。

また、図１では、負荷周波数制御装置１０が、過去データデータベースＤＢ１、出力配分可能上限値データベースＤＢ２、出力配分指令値データベースＤＢ３を保持する例を示したが、過去データデータベースＤＢ１、出力配分可能上限値データベースＤＢ２、出力配分指令値データベースＤＢ３の少なくともいずれか１つをクラウドサーバに保持させるようにしてもよい。

図２は、実施例１に係る負荷周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、"○○部は"と動作主体を記した場合、図１のプロセッサ２４がプログラムである○○部を読み出し、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）にロードした上で○○部の機能を実現するものとする。

図２において、負荷周波数制御装置１０は、電力系統の需給調整装置１１、出力配分指令値データベースＤＢ３、ＡＲ計算部１４、メリットオーダーに応じた出力配分部１５を備える。

また、図２において、需給調整装置１１は、過去データデータベースＤＢ１、出力配分可能上限値データベースＤＢ２、需給解析部１２、出力配分可能上限値変更部１３を備える。

ＡＲ計算部１４は、系統周波数偏差Δｆおよび連系線潮流変動ΔＰｔを入力として、ＡＲを計算し、メリットオーダーに応じた出力配分部１５に出力する。ＡＲ計算部１４は、ＡＲの計算に（１）式を用いることができる。なお、ＡＲの計算では、系統周波数偏差Δｆおよび連系線潮流偏差ΔＰｔのうち、両方を用いるようにしてもよいし、どちらか一方を用いるようにしてもよい。

ＡＲの計算には、ＦＦＣ方式を用いてもよいし、ＴＢＣ方式を用いてもよい。ＴＢＣ方式では、（１）式からＡＲを計算することができる。ＦＦＣ方式では、ＴＢＣ方式の（１）式から連系線潮流偏差ΔＰｔを省略することでＡＲを計算することができる。なお、系統周波数偏差Δｆおよび連系線潮流偏差ΔＰｔのうち、系統周波数偏差Δｆのみを用いてＡＲを計算するようにしてもよい。

出力配分可能上限値変更部１３は、ＡＲ計算部１４で計算されたＡＲについてのメリットオーダーに応じた出力配分可能上限値を決定する。

ここで、出力配分可能上限値変更部１３は、電力系統２０の周波数変動に基づいて、メリットオーダーに応じた出力配分可能上限値を変化させることができる。この周波数変動は、系統周波数偏差Δｆで与えることができる。このとき、出力配分可能上限値変更部１３は、出力配分可能上限値データベースＤＢ２を参照し、周波数変動と出力配分可能上限値との関係を示す出力配分可能上限値変更モデルに従って、メリットオーダーに応じた出力配分可能上限値を、周波数変動に応じて変化させることができる。

あるいは、出力配分可能上限値変更部１３は、連系線潮流偏差ΔＰｔに基づいて、メリットオーダーに応じた出力配分可能上限値を変化させるようにしてもよい。このとき、出力配分可能上限値データベースＤＢ２には、連系線潮流偏差ΔＰｔと出力配分可能上限値との関係を示す出力配分可能上限値モデルを登録することができる。

メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、出力配分可能上限値変更部１３で決定された出力配分可能上限値に基づいて、調整力電源への出力配分を決定する。

なお、上述した出力配分の指令方法（指令値またはパルス）について、配分対象および指令値の送信方法は多数あるが、特定のシステムに限定されない。

図３は、図２の負荷周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。

図３において、ステップＳ１では、図２のＡＲ計算部１４は、系統周波数偏差Δｆおよび連系線潮流変動ΔＰｔに基づいて、ＡＲを計算する。

次に、ステップＳ２では、出力配分可能上限値変更部１３は、ＡＲ計算部１４で計算されたＡＲと、外部から入力された系統周波数偏差Δｆと、出力配分可能上限値データベースＤＢ２に格納されている出力配分可能上限値モデルに基づいて、メリットオーダーに応じた出力配分を決定する。このとき、出力配分可能上限値変更部１３は、ＡＲ計算部１４で計算されたＡＲについて、系統周波数が許容範囲に収まるようにしつつメリットオーダーに応じた出力配分を決定することができる。

まず、出力配分可能上限値モデルを手動で作成する方法の例を説明する。

図４は、図２の出力配分可能上限値変更部で参照される周波数変動に応じた出力配分可能上限値との関係の一例を示す図である。

図４において、図２の出力配分可能上限値データベースＤＢ２は、出力配分可能上限値の関数を保持する。この出力配分可能上限値は、周波数変動の増大に従って、減少させる。

例えば、出力配分可能上限値モデルは、周波数変動が０．００Ｈｚの場合、出力配分可能上限値を定格出力に設定する。出力配分可能上限は、周波数変動が０．００Ｈｚより大きく、０．１０Ｈｚより小さい場合、０．０より大きく、１．０より小さい比率に設定する。出力配分可能上限は、周波数変動が０．１０Ｈｚ以上の場合、出力配分可能上限値を指令周期当たりの出力変化可能幅に設定する。

なお、出力配分可能上限値変更部１３は、図４の出力配分可能上限値に参照結果に基づいて、出力配分可能上限値を決定してもよいし、周波数が閾値を超えた場合に出力配分可能上限を切替えてもよい。また、周波数の閾値は、数段階で設定してもよい。

次に、出力配分可能上限値モデルを自動で作成する方法の例を説明する。

例えば、過去データデータベースに格納された過去の実績データ（発電機出力、再エネ出力、周波数変動等）と周波数変動などの管理目標値（例えば、Δfを±０．１Ｈｚ）を入力とし、出力配分可能上限値をパラメータとして変更しながら需給解析することで、元の周波数変動に対して管理目標値以内に抑制可能な出力配分可能上限値を算出し、回帰モデルを作成しておく。

次に、ステップＳ３では、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、出力配分可能上限値変更部１３で決定されたメリットオーダーに応じた出力配分可能上限値に基づいて、個々の調整力電源へのメリットオーダーに応じた出力配分を決定する。

このとき、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、メリットオーダーに応じた出力配分が地域要求量を満たすように、メリットオーダーに応じて各調整力電源の出力配分を決定する。メリットオーダーに応じて各調整力電源の出力配分を決定する場合、調整力の上げ方向については、各調整力電源に割り当て可能な制約の範囲内において、コストの安い各調整力電源から順に調整力を割り当てることができる。調整力の下げ方向については、各調整力電源に割り当て可能な制約の範囲内において、コストの高い各調整力電源から順に調整力を割り当てることができる。

図５は、図３の出力配分可能上限値決定時の周波数変動の参照方法の一例を示すである。

図５において、図２の出力配分可能上限値変更部１３は、周波数変動を監視する。出力配分可能上限値変更部１３は、周波数変動の瞬時値に基づいて、出力配分可能上限値を決定する。このとき、出力配分可能上限値変更部１３は、周波数変動が大きければ、出力配分可能上限値を減少させ、周波数変動が小さければ、出力配分可能上限値を増加させる。

例えば、出力配分可能上限値変更部１３は、時刻ｔ１における周波数変動を参照して、出力配分可能上限値を決定するものとすると、時刻ｔ１における周波数変動は０．１であるので、周波数変動が０．１に対応する出力配分可能上限値を図４の出力配分可能上限値関数から取得する。図４の出力配分可能上限値関数では、周波数変動が０．１に対応する出力配分可能上限値は１．０であるので、出力配分可能上限値変更部１３は、メリットオーダーに応じた出力配分可能上限値を１．０とする。

このとき、出力配分可能上限値変更部１３は、ＬＦＣで想定される数分〜２０分程度の負荷変動時間よりも短い周期で出力配分可能上限値を更新することができる。例えば、出力配分可能上限値変更部１３は、５秒周期で出力配分可能上限値を更新することができる。

なお、時間帯Ｐ１１の幅は、ＬＦＣで想定される数分〜２０分程度の負荷変動時間に基づいて設定することができる。

また、上記のように、時間帯の幅に対する最大値によって周波数変動を監視する方法だけでなく、時間帯の幅に対する標準偏差によって周波数変動を監視する方法等であっても良い。

図６（ａ）は、出力配分可能上限値（各調整力電源で２０とする）に基づく調整力電源ごとの出力配分の一例を示す図、図６（ｂ）は、出力配分可能上限値（各調整力電源で１０とする）に基づく調整力電源ごとの出力配分の一例を示す図である。

図６（ａ）において、図２の出力配分可能上限値変更部１３は、例えば、出力配分の配分目標値４０に対して、各調整力電源で２０に決定したものとする。

このとき、例えば、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、発電コストが最も安い調整力電源Ａに１０を割り当てる。さらに、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、発電コストが２番目に安い調整力電源Ｂに１０を割り当てる。

例えば、ＡＲの配分先が調整力電源Ａ〜Ｅであるものとする。このとき、各調整力電源Ａ〜Ｅの発電コストＭＡ〜ＭＥは、ＭＡ＜ＭＢ＜ＭＣ＜ＭＤ＜ＭＥであるものとする。また、各調整力電源Ａ〜Ｅの出力変化速度ＶＡ〜ＶＥは、ＶＡ＝ＶＢ＝ＶＣ＝ＶＤ＝ＶＥであるものとする。また、各調整力電源Ａ〜Ｅに分配可能な制約値が、ＡＲ計算部１４で計算されたＡＲの大きさが４０であるものとする。

このとき、例えば、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、発電コストが最も安い調整力電源ＡにＡＲを２０割り当てる。さらに、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、発電コストが２番目に安い調整力電源ＢにＡＲを２０割り当てる。

また、図６（ｂ）において、図２の出力配分可能上限値変更部１３は、例えば、出力配分の配分目標値４０に対して、各調整力電源で１０に決定したものとする。

このとき、例えば、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、発電コストが最も安い調整力電源ＡにＡＲを１０割り当てる。さらに、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、発電コストが２番目に安い調整力電源ＢにＡＲを１０割り当てる。さらに、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、発電コストが３番目に安い調整力電源ＣにＡＲを１０割り当てる。さらに、メリットオーダーに応じた出力配分部１５は、発電コストが４番目に安い調整力電源ＤにＡＲを１０割り当てる。

図７（ａ）は、メリットオーダーに応じた出力配分に基づく調整力電源ごとの出力配分の時系列の出力変化の一例を示す図、図７（ｂ）は、出力配分可能上限値を小さくし、メリットオーダーに応じた出力配分に基づく調整力電源ごとの出力配分の時系列の出力変化の一例を示す図である。

図７（ａ）において、ｔ０に出力配分後、２台の調整力電源Ａ、Ｂに対して出力が配分される。ｔ１に出力配分の配分目標値４０に達する。

図７（ｂ）において、ｔ０に出力配分後、４台の調整力電源Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して出力が配分される。ｔ２に出力配分の配分目標値４０に達する。

出力配分の配分目標値に達するまでの時間は、出力配分可能上限値が小さいほど、短くなり、結果として、ｔ２はｔ１より小さくなる。

以上説明したように、上述した実施例１によれば、系統周波数が許容範囲に収まるように出力変化速度に応じて調整力を調整力電源に割り当てつつ、メリットオーダーに応じて調整力を調整力電源に割り当てることが可能となり、負荷変動に応じた周波数変動を抑制しつつ、コストを低減することができる。

これにより、周波数変動が大きい場合は、出力配分可能上限値を小さくすることで、系統周波数を管理目標値以内に保持することができる。一方、周波数変動が小さい場合は、出力配分可能上限値を大きくすることで、コスト低減の寄与が大きな配分先への出力配分の比率を大きくすることができ、コストを低減することができる。

図８は、実施例２に係る負荷周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。

図８において、負荷周波数制御装置１０は、図２の負荷周波数制御装置１０の出力配分可能上限値変更部１３への入力先を周波数変動Δf、連系線潮流変動ΔＰからＡＲに変更する。

また、図８の負荷周波数制御装置１０の出力配分可能上限値データベースＤＢ２は、周波数変動と出力配分可能上限値の関係を示す関数から、ＡＲと出力配分可能上限値の関係を示す関数に変更する。

図９は、図８の出力配分可能上限値変更部で参照されるＡＲに応じた出力配分可能上限値との関係の一例を示す図である。

図９において、図８の出力配分可能上限値データベースＤＢ２は、出力配分可能上限値の関数を保持する。この出力配分可能上限値は、ＡＲ変動の増大に従って、減少させる。

例えば、出力配分可能上限値モデルは、ＡＲ変動が０ＭＷの場合、出力配分可能上限値を定格出力に設定する。出力配分可能上限は、ＡＲ変動が０ＭＷより大きく、２００ＭＷより小さい場合、０．０より大きく、１．０より小さい比率に設定する。出力配分可能上限は、ＡＲ変動が２００ＭＷ以上の場合、出力配分可能上限値を指令周期当たりの出力変化可能幅に設定する。

なお、出力配分可能上限値変更部１３は、図８の出力配分可能上限値に参照結果に基づいて、出力配分可能上限値を決定してもよいし、ＡＲが閾値を超えた場合に出力配分可能上限を切替えてもよい。また、ＡＲの閾値は、数段階で設定してもよい。

図１０は、図８の出力配分可能上限値決定時のＡＲ変動の参照方法の一例を示すである。

図１０において、図８の出力配分可能上限値変更部１３は、ＡＲ変動を監視する。出力配分可能上限値変更部１３は、ＡＲ変動の瞬時値に基づいて、出力配分可能上限値を決定する。このとき、出力配分可能上限値変更部１３は、ＡＲ変動が大きければ、出力配分可能上限値を減少させ、ＡＲ変動が小さければ、出力配分可能上限値を増加させる。

例えば、出力配分可能上限値変更部１３は、時刻ｔ１におけるＡＲ変動を参照して、出力配分可能上限値を決定するものとすると、時刻ｔ１におけるＡＲ変動は１００であるので、ＡＲ変動が１００に対応する出力配分可能上限値を図９の出力配分可能上限値関数から取得する。図９の出力配分可能上限値関数では、ＡＲ変動が１００に対応する出力配分可能上限値は１．０であるので、出力配分可能上限値変更部１３は、メリットオーダーに応じた出力配分可能上限値を１．０とする。

また、上記のように、時間帯の幅に対する最大値によってＡＲを監視する方法だけでなく、時間帯の幅に対する標準偏差によってＡＲを監視する方法等であっても良い。

以上説明したように、上述した実施例２によれば、ＡＲを指標として用いた場合においても、系統周波数が許容範囲に収まるように出力変化速度に応じて調整力を調整力電源に割り当てつつ、メリットオーダーに応じて調整力を調整力電源に割り当てることが可能となり、負荷変動に応じた周波数変動を抑制しつつ、コストを低減することができる。

これにより、ＡＲ変動が大きい場合は、出力配分可能上限値を小さくすることで、系統周波数を管理目標値以内に保持することができる。一方、ＡＲ変動が小さい場合は、出力配分可能上限値を大きくすることで、コスト低減の寄与が大きな配分先への出力配分の比率を大きくすることができ、コストを低減することができる。

図１１は、実施例３に係る負荷周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。

図１１において、負荷周波数制御装置１０は、図２の負荷周波数制御装置１０の出力配分可能上限値変更部１３への入力先を周波数変動Δf、連系線潮流変動ΔＰから再生可能エネルギー出力変動に変更する。ここで、再生可能エネルギー出力変動とは、ＬＦＣで想定される数分〜２０分程度の変動成分を抽出した値などを想定する。

また、図１１の負荷周波数制御装置１０の出力配分可能上限値データベースＤＢ２は、周波数変動と出力配分可能上限値の関係を示す関数から、再生可能エネルギー出力変動と出力配分可能上限値の関係を示す関数に変更する。

図１２は、図１１の出力配分可能上限値変更部で参照される再生可能エネルギー出力に応じた出力配分可能上限値との関係の一例を示す図である。

図１２において、図１１の出力配分可能上限値データベースＤＢ２は、出力配分可能上限値モデルを保持する。この出力配分可能上限値は、再生可能エネルギー出力変動の増大に従って、減少させる。

例えば、出力配分可能上限値モデルは、再生可能エネルギー出力変動が０ＭＷの場合、出力配分可能上限値を定格出力に設定する。出力配分可能上限は、再生可能エネルギー出力変動が０ＭＷより大きく、２００ＭＷより小さい場合、０．０より大きく、１．０より小さい比率に設定する。出力配分可能上限は、再生可能エネルギー出力変動が２００ＭＷ以上の場合、出力配分可能上限値を指令周期当たりの出力変化可能幅に設定する。

なお、出力配分可能上限値変更部１３は、図１２の出力配分可能上限値に参照結果に基づいて、出力配分可能上限値を決定してもよいし、再生可能エネルギー出力が閾値を超えた場合に出力配分可能上限を切替えてもよい。また、再生可能エネルギー出力の閾値は、数段階で設定してもよい。

図１３は、図１１の出力配分可能上限値決定時の再生可能エネルギー出力変動の参照方法の一例を示すである。

図１３において、図１１の出力配分可能上限値変更部１３は、再生可能エネルギー出力変動を監視する。出力配分可能上限値変更部１３は、再生可能エネルギー出力変動の瞬時値に基づいて、出力配分可能上限値を決定する。このとき、出力配分可能上限値変更部１３は、再生可能エネルギー出力変動が大きければ、出力配分可能上限値を減少させ、再生可能エネルギー出力変動が小さければ、出力配分可能上限値を増加させる。

例えば、出力配分可能上限値変更部１３は、時刻ｔ１における再生可能エネルギー出力変動を参照して、出力配分可能上限値を決定するものとすると、時刻ｔ１における再生可能エネルギー出力変動は１００であるので、再生可能エネルギー出力変動が１００に対応する出力配分可能上限値を図１２の出力配分可能上限値関数から取得する。図１２の出力配分可能上限値関数では、再生可能エネルギー出力変動が１００に対応する出力配分可能上限値は１．０であるので、出力配分可能上限値変更部１３は、メリットオーダーに応じた出力配分可能上限値を１．０とする。

また、上記のように、時間帯の幅に対する最大値によって再生可能エネルギー出力変動を監視する方法だけでなく、時間帯の幅に対する標準偏差によって再生可能エネルギー出力変動を監視する方法等であっても良い。

以上説明したように、上述した実施例３によれば、再生可能エネルギー出力を指標として用いた場合においても、出力変化速度に応じた調整力とメリットオーダーに応じた調整力との間で出力配分可能上限値を決定することが可能となり、負荷変動に応じた周波数変動を抑制しつつ、コストを低減することができる。

これにより、再生可能エネルギー出力変動が大きい場合は、出力配分可能上限値を小さくすることで、系統周波数を管理目標値以内に保持することができる。一方、再生可能エネルギー出力変動が小さい場合は、出力配分可能上限値を大きくすることで、コスト低減の寄与が大きな配分先への出力配分の比率を大きくすることができ、コストを低減することができる。

図１４は、実施例４に係る電力系統のバランシンググループ装置の機能的な構成を示すブロック図である。なお、バランシンググループとは、グループを形成する複数の小売事業者または発電事業者に対して、全体で同時同量（発電実績と需要実績のインバランス、または計画と実績のインバランスを一致させること）を達成したり、市場取引の利益最大化をめざしたりする機能のことである。インバランスが発生する場合には、出力配分などの計画を更新することなどにより、インバランスを解消する。

バランシンググループは、需要バランシンググループと発電バランシンググループのどちらでも良いものとする。

図１４において、電力系統のバランシンググループ装置１６は、図２の負荷周波数制御装置１０の出力配分可能上限値変更部１３への入力先を周波数変動Δf、連系線潮流変動ΔＰから需給インバランスに変更する。

また、図１４において、電力系統のバランシンググループ装置１６は、図２の負荷周波数制御装置１０の需給解析部１２に入力する管理目標値の周波数変動Δf 、ＡＲから需給インバランスに変更する。

また、図１４のバランシンググループ装置１６の出力配分可能上限値データベースＤＢ２は、需給インバランスと出力配分可能上限値の関係を示す関数から、需給インバランスと出力配分可能上限値の関係を示す関数に変更する。

以上説明したように、上述した実施例４によれば、需給インバランスを指標として用いた場合においても、系統周波数が許容範囲に収まるように出力変化速度に応じて調整力を調整力電源に割り当てつつ、メリットオーダーに応じて調整力を調整力電源に割り当てることが可能となり、負荷変動に応じた周波数変動を抑制しつつ、コストを低減することができる。

これにより、需給インバランスが大きい場合は、出力配分可能上限値を小さくすることで、系統周波数を管理目標値以内に保持することができる。一方、需給インバランスが小さい場合は、出力配分可能上限値を大きくすることで、コスト低減の寄与が大きな配分先への出力配分の比率を大きくすることができ、コストを低減することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除または置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、本発明は、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をコンピュータに提供し、そのコンピュータが備えるプロセッサが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。

また、本実施例に記載の機能を実現するプログラムコードは、例えば、アセンブラ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、Ｓｈｅｌｌ、ＰＨＰ、Ｊａｖａ（登録商標）等の広範囲のプログラムまたはスクリプト言語で実装できる。

さらに、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することによって、それをコンピュータのハードディスクやメモリ等の記憶手段またはＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に格納し、コンピュータが備えるプロセッサが当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしてもよい。

上述の実施例において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。

ＤＢ１過去データデータベース、ＤＢ２出力配分可能上限値データベース、ＤＢ３出力配分指令値データベース、２０電力系統、１０負荷周波数制御装置、１１電力系統の需給調整装置、１２需給解析部、１３出力配分可能上限値変更部、１４ＡＲ計算部、１５メリットオーダーに応じた出力配分部、１６バランシンググループ装置、２１表示部、２２入力部、２３通信部、２４プロセッサ、２５メモリ、２６記憶装置、２７バス、３００通信ネットワーク

Claims

電力系統を構成する調整力電源に対する出力配分を決定するために用いられる電力系統の需給調整装置であって、
需給インバランスの大きさと出力配分可能上限値の関係を示す関数を格納する出力配分可能上限値データベースと、
前記出力配分１回あたりの前記対象調整力電源への前記出力配分可能上限値を変更する出力配分可能上限値変更部と
を備える電力系統の需給調整装置。
請求項１に記載の電力系統の需給調整装置において、
前記出力配分可能上限値変更部は、前記需給インバランスとして、前記電力系統の周波数変動に基づいて、経済性に応じた前記出力配分の前記出力配分可能上限値を決定する電力系統の需給調整装置。
請求項１に記載の電力系統の需給調整装置において、
前記出力配分可能上限値変更部は、前記需給インバランスとして、地域要求量の大きさに基づいて、経済性に応じた前記出力配分の前記出力配分可能上限値を決定する電力系統の需給調整装置。
請求項１に記載の電力系統の需給調整装置において、
前記出力配分可能上限値変更部は、前記需給インバランスとして、再生可能エネルギーの出力変動の大きさに基づいて、経済性に応じた前記出力配分の前記出力配分可能上限値を決定する電力系統の需給調整装置。
請求項１に記載の電力系統の需給調整装置において、
前記調整力電源の出力、及び／または再生可能エネルギーの出力の過去データを格納する過去データデータベースと、
前記過去データデータベースに格納された前記調整力電源の出力、及び／または前記再生可能エネルギーの出力の過去データを基に需給解析を行う需給解析部と
を備え、
前記電力系統の需給調整監視装置は、前記需給解析部による需給解析に基づいて前記関数を作成する電力系統の需給調整装置。
電力系統を構成する調整力電源に対する出力配分を決定する電力系統の負荷周波数制御装置において、
請求項１に記載の電力系統の需給調整装置と、
系統周波数偏差および連系線潮流変動を入力として地域要求量（ＡＲ：ＡｒｅａＲｅｑｕｒｉｍｅｎｔ）を計算するＡＲ計算部と、
前記出力配分可能上限値に基づいて、メリットオーダーに応じて出力配分するメリットオーダーに応じた出力配分部と、
各々の前記調整力電源への出力配分指令値を格納する出力配分指令値データベースと
を備える電力系統の負荷周波数制御装置。
電力系統を構成する調整力電源に対する出力配分を決定する電力系統のバランシンググループ装置において、
請求項１に記載の電力系統の需給調整装置と、
前記出力配分可能上限値に基づいて、メリットオーダーに応じて出力配分するメリットオーダーに応じた出力配分部と、
各々の前記調整力電源への出力配分指令値を格納する出力配分指令値データベースと
を備える電力系統のバランシンググループ装置。
電力系統を構成する調整力電源に対する出力配分を決定するために用いられる電力系統の需給調整装置による需給調整方法であって、
需給インバランスの大きさと出力配分可能上限値の関係を示す関数を作成し、
前記出力配分１回あたりの前記対象調整力電源への前記出力配分可能上限値を変更する
ことを特徴とする電力系統の需給調整方法。