JP6319289B2 - 需給調整システム、需給調整方法ならびに需給調整プログラム - Google Patents

Description

本発明は、中央制御装置が１つ以上の需給調整装置の需給調整を行う、需給調整システムおよび需給調整方法に関する。

発電量の予測が不可能な再生可能電源の普及に伴い、需給調整力の精度の向上が望まれている。需給調整力とは、需給のアンバランスを打ち消すように指令を受けて電力需要もしくは電力供給量を変化させる能力である。具体的には、電力貯蔵装置の充放電量や可制御負荷の負荷変化量が該当する。

例えば、再生可能電源の発電量の変動が上位系統へ悪影響を与えるのを防ぐために、あるエリアが上位系統へ連係する接続ポイント（配電事業者の管轄する変電所やマイクログリッドなど）での潮流の変動を安定化する方法が知られている。具体的に、この方法は、発電量の変動を打ち消すように、エリア内に設置された需給調整装置を用いて需給調整量を変化させる。

ここで、需給調整装置とは、例えば、リチウムイオン電池や鉛蓄電池、ＮＡＳ電池（登録商標）等の電力貯蔵装置や可制御負荷、小型の発電機などの電力需要、電力供給量を変化させる機器である。

需給調整量とは、需給調整装置が指令を受けて消費または供給する電力量である。

特許文献１には、発電機の制御特性と制御状態に基づいて、各発電機に優先順位を設定し、その優先順位の高い順に電力の制御必要量を割り当てることが記載されている。具体的には、特許文献１では、遅延の小さい需給調整装置から順に需給調整量を割り振る事で、高精度な応答を実現している。

特許文献２には、マイクログリッドの需給制御技術に関し、内燃力発電設備と電力貯蔵装置との各々の特性を反映して需給調整を行うことが記載されている。

特開２００１−０８６６４９号公報 特開２０１１−１１４９００号公報

しかし、特許文献１の方法では、各々の需給調整装置の容量には上限がある一方で、遅延の小さい需給調整装置に割り当てられる需給調整量が多くなる。そのため、遅延の小さい需給調整装置が容量上限で稼働してしまうと、必然的に遅延の大きい設備へ需給調整量が割り当てられるため、精度の低下が生じる。また、遅延の大きい需給調整装置が利用されず、無駄が生じるという問題もある。

また、特許文献２では、各需給調整装置の起動停止の最適化が中心であり、各需給調整装置の遅延に基づく割り当てを適切には行っていないため、需給調整要求量に対しての精度は保証されない。

このように、特許文献１，２の技術では、複数の需給調整装置を用いて需給調整を行う際、各々の需給調整装置の特性を最大限利用して、総需給調整量を、需給調整要求量と精度良く合わせる事が出来ない。

そこで、本発明の一つの主たる目的は、複数の需給調整装置を用いて需給調整を行う際、各々の需給調整装置の特性を最大限利用して、総需給調整量を要求される調整量と精度良く合わせることである。

本発明に係る需給調整システムは、中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、前記中央制御装置は、各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集部と、前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算部と、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算部と、を備えている。

本発明によれば、複数の需給調整装置を用いて需給調整を行う際、各々の需給調整装置の特性を最大限利用して、総需給調整量を要求される調整量と精度良く合わせることができる。

本発明の第１の実施形態による、需給調整システムの構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態による、周波数スペクトル変換部の動作のフローチャート。 本発明の第１の実施形態による、過去から現在までの需給調整要求量の時系列データの例を示す図。 本発明の第１の実施形態による、過去から現在までの需給調整要求量の時系列データを、ｔ＝０においてフーリエ変換した結果を示す図。 本発明の第１の実施形態による、割り当て帯域の例を示す図。 本発明の第１の実施形態による、需給調整装置の割り当て帯域α^m _nの計算方法のフローチャート。 本発明の第１の実施形態による、図６のエラー処理の例のフローチャート。 本発明の第１の実施形態による、図６のエラー処理の例のフローチャート。 本発明の第１の実施形態による、需給調整装置の割り当て帯域α^m _nの計算方法の他の例のフローチャート。 本発明の第２の実施形態による、需給調整システムの構成を示すブロック図。 本発明をコンピュータプログラムで実行することが可能な情報処理装置の構成を例示するブロック図である。

［第１の実施形態］
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による需給調整システムの構成を示すブロック図である。需給調整システムは、中央制御装置１０１が、自身の管理する各需給調整装置１０２に対して、需給調整量を与えるシステムである。需給調整の義務を負う電力事業者（例えば系統運用者１１６）は、中央制御装置１０１に、需給調整により実現したい需給調整要求量１１７を与える。中央制御装置１０１は、全ての需給調整装置１０２の需給調整量の総和（総需給調整量）が、需給調整要求量１１７に一致するように、各需給調整装置１０２に対して需給調整量を与える。

中央制御装置１０１を構成する各部は、論理素子を組み合わせたハードウェアによって実施されてもよいし、後述する図１１に示す情報処理装置２０００の記憶装置２３００に格納されたプログラムをＣＰＵ２１００（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が実行することで実現されてもよい。

まず、需給調整要求量１１７は、中央制御装置１０１内の需給調整要求量把握部１０５に入力される。需給調整要求量１１７は、例えば以下の要求量である。
・系統周波数変動を抑制するための負荷周波数制御
（ＬＦＣ：Ｌｏａｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）のための需給調整要求量
・ガバナフリーの代替としての需給調整要求量
・ピークカットのための需給調整要求量
・上記の複数の需給調整要求量を足し合わせた需給調整要求量。

また、需給調整要求量把握部１０５が測定装置を備え、測定装置で系統状態を測定し、自ら需給調整要求量を算出するようにしてもよい。例えば、需給調整要求量把握部１０５は、ＬＦＣの一部を需給調整装置１０２が担うために、系統周波数の安定化のために必要な需給調整要求量を算出するようにしてもよい。この算出は、系統周波数の基準周波数（例えば５０Ｈz）からの偏差と、上位系統から収集した発電機の状態とを基に行われる。

また、需給調整要求量把握部１０５は、配電用変電所と上位系統との間での潮流の変動を抑制するために、潮流の変動を抑制したい箇所での潮流を測定し、目的とする潮流との差分を需給調整要求として算出するようにしてもよい。

需給調整要求量把握部１０５が需給調整要求量を取得もしくは算出する間隔は、用途にもよるが、速いものでは１秒以下の間隔である。

需給調整要求量把握部１０５は、取得もしくは算出した需給調整要求量を、需給調整要求量記録部１０６に記録する。需給調整要求量記録部１０６では、過去一定期間の需給調整要求量を記録している。需給調整要求量記録部１０６は、需給調整要求量把握部１０５より需給調整要求量を受信すると、その需給調整要求量に過去の需給調整要求量を付け加えて、時系列データとして周波数スペクトル変換部１０７に供給する。

需給調整要求量記録部１０６で需給調整要求量を記録する期間は、周波数スペクトル変換部１０７に需給調整要求量を供給する際に付け加える過去データの期間と同一もしくはそれ以上である。その期間は、需給調整要求量の変動の周期より十分に長い。一般に、従来の電力系統においても、長周期の需給調整要求量の変動は、火力発電機等の大型発電機の炊き増し、炊き減らしや立ち上げ、立ち下げで対応する。そのため、新たに導入される需給調整装置１０２の多くは火力発電の立ち上げ、立ち下げにかかる最短時間（数十分程度）よりも短い周期の需給調整要求量の変化に応じて需給調整を行うことになる。そのため、数時間程度の過去データを記録すればよい場合が多い。

次に、周波数スペクトル変換部１０７の動作について説明する。図２は、周波数スペクトル変換部１０７のフローチャートである。

周波数スペクトル変換部１０７は、需給調整要求量記録部１０６より、過去から現在までの需給調整要求量の時系列データ（図３）を取得する（ステップ２０２）。周波数スペクトル変換部１０７は、取得した時系列データをフーリエ変換して、変動スペクトルを算出する（ステップ２０３）。さらに、周波数スペクトル変換部１０７は、割り当て帯域計算部１０８及び需給調整量計算部１０９に算出した変動スペクトルを供給する（ステップ２０４）。

例えば、時刻をｔ（ｔ＝０が現在）、周波数成分をｆ_n（単位Ｈｚ）、各々の周波数成分に対応する強度をＡ_n（単位Ｗ）、位相をθ_n（単位：度）（ｎ＝１，２，３…Ｎ）とする。この場合、周波数スペクトル変換部１０７は、需給調整要求量Ｐ_REQUEST（ｔ）を以下の式（１）のようにフーリエ変換する。（１）において「Ｓｉｎ」は正弦を表す。

Ｐ_REQUEST（ｔ）＝Σ^n=1,2,3…^NＡ_n×Ｓｉｎ（２πｆ_n×ｔ＋θ_n） …（１）

図４は、図３に示した過去から現在までの需給調整要求量の時系列データを、ｔ＝０においてフーリエ変換した結果を示す。この場合、伝達される情報は、ｆ_nとそれに対応するＡ_n及びθ_nのｔ＝０の時の値となる。なお、式（１）に示した変動スペクトルの表記方法は一例であり、式（１）以外の方法で変動スペクトルを表すこともできる。また、ここでは、周波数成分ｆ_k及び強度Ａ_n、位相θ_nは離散値としているが、これらは連続値でも構わない。なお、上記の例では、周波数成分を示すｆ_nについて、ｆ₁＜ｆ₂＜ｆ₃＜…＜ｆ_Nとする。

需給調整装置状態収集部１１０は、需給調整装置状態受信部１１１を介して、各需給調整装置１０２の状態を収集する。収集する需給調整装置１０２の状態の例として、需給調整装置１０２が電力貯蔵装置の場合、ＳｏＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が挙げられる。他にも、需給調整装置１０２の状態として、温度やインバータの容量、劣化度などが挙げられる。電力貯蔵装置において、ＳｏＣ値や温度の変化にかかる時間は、需給調整要求量の値が更新される頻度（秒単位）と比較して十分に長いため、収集の頻度は数分〜数十分毎で問題ない。

なお、ここでは示していないが、需給調整要求量記録部１０６および周波数スペクトル変換部１０７はフィルタで代用してもよい。また、ここではフーリエ展開による三角関数を基底としているが、必ずしも三角関数を基底とする必要はない。

次に、割り当て帯域計算部１０８は、変動スペクトルのうち、各蓄電池に割り当てる周波数帯域と割合（割り当て帯域）を算出する。この算出は、周波数スペクトル変換部１０７によって取得した変動スペクトルと、需給調整装置状態収集部１１０によって取得した需給調整装置１０２の状態の情報に基づいて、行われる。算出した割り当て帯域は、需給調整量計算部１０９に供給する。

一般に、需給調整要求の変動スペクトル及び需給調整装置１０２の状態は急速に変化するものではない。したがって、需給調整要求量の値が更新される頻度（秒単位）と比較して、割り当て帯域の計算及び供給の頻度は低くてよい。割り当て帯域の計算及び供給の頻度は、数分〜数十分毎の計算・供給で問題ない。上述のように、需給調整装置１０２の状態の変化は急速ではない。変動スペクトルについても、需要家の消費電力の総和のような多数のランダムネスの総和や、再生可能電源の発電量など自然現象に起因するので、変動スペクトルの強度分布は基本的に統計的に扱え、急速に変化するものではない。

割り当て帯域計算部１０８が、需給調整量計算部１０９に供給する割り当て帯域とは、各需給調整量計算部１０９が、自身の担当する需給調整装置１０２の需給調整量を算出するのに使用する情報である。

例えば、需給調整量計算部ｍに伝達される割り当て帯域は、各々の周波数成分に対応する係数α^m _n（ｎ＝１，２，３…Ｎ、それぞれ周波数成分ｆ_nに対応する）となる。図５に概略図を示す。図５の例では、図４の変動スペクトルを６つの需給調整装置１０２に割り当てている。なお、ここでは、周波数成分ｆ_k及び係数α_kは離散値としているが、これは連続値でもよい。また、割り当て帯域計算部１０８におけるα^m _nの算出方法については後述する。

需給調整量計算部１０９は、低い頻度で伝達される割り当て帯域α^m _nと、周波数スペクトル変換部１０７よりリアルタイムで伝達される、過去から現在（ｔ＝０とする）までの変動スペクトルより、以下の式（２）に従って、Ｐ_m（ｔ）を計算する。
ここで、α^m _n において、ｎは変動スペクトル内の周波数の番号、ｎ＝１，２，３…、である。ｍは需給調整装置１０２の番号、ｍ＝１，２，３…、Ｍである。また、変動スペクトルは周波数成分ｆ_nに対応する強度Ａ_nと位相θ_nとで表される。

Ｐ_m（ｔ）＝Σ^n=1,2,3…^Nα^m _n×Ａ_n×Ｓｉｎ（２πｆ_n×ｔ＋θ_n） …（２）

さらに、需給調整量計算部１０９は、式（２）にｔ＝０を代入し、需給調整装置ｍの需給調整量としてＰ_m（ｔ＝０）を算出する。

なお、割り当て帯域計算部１０８はα^m _nが、式（３）を満たすように、割り当て帯域を決める。
Σ^m=1,2,3…^Mα^m _n＝１ （ｆｏｒ ｎ＝１，２，３，…，N） …（３）

これにより、需給調整装置１〜Ｍの需給調整量Ｐ_m（ｔ＝０）の総和であるΣ^m=1,2,3…^MＰ_m（ｔ＝０）は、式（２）、（３）を代入することで、式（４）のとおりとなる。

Σ^m=1,2,3…^MＰ_m（ｔ＝０）
＝Σ^m=1,2,3…^MΣ^n=1,2,3…^Nα^m _n×Ａ_n×Ｓｉｎ（２πｆ_n×０＋θ_n）
＝Σ^{n=1,2,3・・・N}Σ^m=1,2,3…^Mα^m _n×Ａ_n×Ｓｉｎ（２πｆ_n×０＋θ_n）
＝Σ^n=1,2,3…^NＡ_n×Ｓｉｎ（２πｆ_n×０＋θ_n） …（４）

以上のように、需給調整量Ｐ_m（ｔ＝０）の総和Σ^m=1,2,3…^MＰ_m（ｔ＝０）は、式（１）のＰ_REQUEST（ｔ）（ｔ＝０）の右辺と一致する。すなわち、全需給調整装置１０２への需給調整量の和が、需給調整要求量と一致する。

需給調整装置１０２は、需給調整量計算部１０９よりリアルタイムで伝達される、需給調整量を需給調整部１１４に伝達し、需給調整部１１４はそれに従って需給調整を行う。

（割り当て帯域α^m _nの計算方法１）
次に、割り当て帯域計算部１０８における、割り当て帯域α^m _nの計算方法について、例を挙げて説明する。割り当て帯域の計算方法の例として、各需給調整装置１０２のＷｈ容量およびＷ容量に基づいて割り当て帯域を計算する方法がある。この方法によれば、一部もしくは全部の需給調整装置１０２が、Ｗ容量上限に達したり、Ｗｈ容量上限に達したり、もしくはＷｈ容量が枯渇したりすることにより、総需給調整量が需給調整要求量と乖離することを防ぐことができる。

ここでは、需給調整装置１０２が電力貯蔵装置である場合を例に説明する。

電力貯蔵装置ｍの充放電可能な最大電力量をＣ_m（Ｗｈ）とする。電力貯蔵装置ｍが需給調整要求量に合わせた充放電を行うために使用可能なＷｈ容量の半分の値をＣｍ’とする。電力貯蔵装置を需給調整要求量に合わせた充放電を行うためだけに使用する場合は、Ｃｍ’は、電力貯蔵装置のＷｈ容量の半分の値としてもよい。

電力貯蔵装置が他の用途にも使用される場合は、Ｃｍ’は、需給調整要求量に合わせた充放電を行うために使用可能なＷｈ容量の半分の値である。半分の値にする理由は、以下の通りである。即ち充電方向と放電方向の双方を想定したとき、充電電力量または放電電力量が最大となるのは、初期状態のＳｏＣを５０％とした場合である。そして、その場合、充電電力量または放電電力量は、電力貯蔵装置の容量の半分になるからである。

また、需給調整装置状態収集部１１０から送信される情報を利用して、動的にＣ_m'を設定するようにしてもよい。例えば、電力貯蔵装置ｍが需給調整要求量に合わせた充放電を行うために使用可能な容量をＣ_m（Ｗｈ）、Ｃ_mのうち貯蔵されている電力の割合をＳｏＣ_m（％）、また、ｍｉｎ（Ａ，Ｂ）をＡとＢのうち小さいほうの値を返す関数とする。この場合、Ｃ_m'は以下の式（５）で定義することができる。

Ｃ_m'＝ｍｉｎ（Ｃ_m×ＳｏＣ_m／１００、Ｃ_m×（１−ＳｏＣ_m／１００）） …（５）

図６は、電力貯蔵装置の割り当て帯域α^m _nを計算する方法のフローチャートである。図６に示す方法では、割り当て帯域計算部１０８は、需給調整要求量の変動スペクトルの各々の周波数成分ｆ_n（Ｈｚ）に対し、下記の式（６）及び式（７）を満たし（ステップ６０５）、かつα^m _n'＝０（ｎ'＝１〜Ｎ）の電力貯蔵装置について（ステップ６０６）、α^m _n＝１とする（ステップ６０７）。Ｗ_m（Ｗ）は、電力貯蔵装置ｍのＷ容量である。

（１／（π×ｆ_m×３６００））×Ａ_m≦Ｃ_m' …（６）
Ｗ_m≦Ａ_m …（７）

式（６）では、需給調整要求量の変動スペクトルの各周波数成分ｆ_k（Ｈｚ）について、周波数成分での強度をＡ_k（Ｗ）としている。

なお、ここでは一つの周波数帯域に対して一つの需給調整装置１０２を割り振る例を示しているが、一つの周波数帯域を複数の蓄電池に割り振ってよい。また、一つの需給調整装置１０２が複数の周波数成分の変動を吸収するようにしてもよい。

一つの周波数帯域を複数の蓄電池に割り振る例を以下に示す。

式（６）及び式（７）を満たし、かつｎ'＝１〜Ｎについてα^m _n'＝０の電力貯蔵装置が存在しない場合、図６の例では対処不能のためエラー処理となる。図７は、このエラー処理の例のフローチャートであり、この例では、複数の電力貯蔵装置を組み合わせて一つの周波数帯域の変動を吸収することで、エラーを回避する。

図７の例は、Ｗ容量は十分にある場合の処理である。割り当て帯域計算部１０８は、まず、ｎ'＝１〜Ｎに対してα^m _n'＝０の電力貯蔵装置の中から、複数の電力貯蔵装置を抽出する（ステップ７０４）。次に、割り当て帯域計算部１０８は、Ｃ"とＣ_m'を足し合わせたものをＣ"とし（ステップ７０５）、式（６）のＣ'をＣ"に置き換えた時に式（６）を満たすよう電力貯蔵装置の組み合わせを作成する（ステップ７０６）。さらに、割り当て帯域計算部１０８は、各々のα^m _nに、１をＣ_m'の大きさによって比例分配した値を代入する（ステップ７０７）。

図８は、エラー処理の他の例のフローチャートである。ここでは、Ｃ_m'は十分に大きいものとする。割り当て帯域計算部１０８は、ｎ'＝１〜Ｎに対してα^m _n'＝０の電力貯蔵装置の中から複数の電力貯蔵装置を抽出し（ステップ８０４）、ＷにＷ_mを足し合わせたものをＷとし（ステップ８０５）、式（７）のＷ_mをＷに置き換えた時に式（７）を満たすよう電力貯蔵装置の組み合わせを作成する（ステップ８０６）。さらに、割り当て帯域計算部１０８は、各々のα^m _nに、１をＷ_mの大きさによって比例分配した値を代入する（ステップ８０７）。

上記の割り当て帯域α^m _nの計算方法によって効果が得られる理由について説明する。

具体的には、上記の方法で割り当て帯域α^m _nを設定することにより、一部もしくは全部の需給調整装置１０２が容量上限または容量枯渇に達するのを防止できる理由は、以下のとおりである。

ここでは、需給調整装置ｍが、需給調整要求量の変動スペクトルの周波数成分ｆ_n'（Ｈｚ）についてのみ、需給調整を行うとする。すなわち、式（８）の関係が成り立つ。

α^m _n＝ １ ｆｏｒ ｎ＝ｎ’
０ ｆｏｒ ｎ≠ｎ’ …（８）

スペクトルの大きさＡ_nは、数分〜数十分程度のオーダーにおいて一定であり、また、仮に位相変化がない、すなわちθ_n＝一定とした場合、需給調整装置ｍの需給調整量Ｐ_mの時間変化は、式（９）で表される。

Ｐ_m（ｔ）＝α^m _n'×Ａ_n'×Ｓｉｎ（２πｆ_n'×ｔ＋θ_n'） …（９）

需給調整装置ｍの貯蔵する電力量は、式（９）を時間で積分した値となる。式（９）を任意の時間で積分すると、積分値の最大値と最小値は、それぞれ＋Ａ_n'／（π×ｆ_n'）、−Ａ_n'／（π×ｆ_n'）（単位：Ｗ秒）となる。したがって、式（６）に示したとおり、貯蔵する電力量が充放電可能な最大電力量Ｃ_m×３６００（Ｗ秒）よりも小さければ、電力貯蔵装置が容量上限もしくは容量枯渇の状態になることはない。

ただし、実際には位相変化は生じており、θ_n'は一定ではない。また、位相変化はランダムに生じるという特徴がある。これは、需給調整要求量は需要家の需要変化や再生可能電源の発電変動に起因した要求量であることに起因する。そのため、一定時間内では、全ての位相が均等に表れていると考えられる。すなわち、通常は位相変化の項は均されるので無視することができる。ただし、短い期間では必ずしも全ての位相が均等に表れるとは限らないので、安全のために式（６）の左辺に１よりも大きい定数を掛けるようにしてもよい。

（割り当て帯域α^m _nの計算方法２）
次に、割り当て帯域計算部１０８における、割り当て帯域α^m _nの他の計算方法の例を示す。割り当て帯域の計算方法の例として、各需給調整装置１０２の遅延およびＷ容量に基づいて割り当て帯域を計算する方法がある。この方法によれば、総需給調整量が需給調整要求量と乖離するのを防ぐことができる。

需給調整要求量把握部１０５が需給調整要求量１１７を取得してから、需給調整装置１０２の需給調整部１１４が動作して需給を調整するまでの間には、遅延が発生する。遅延の要因として、通信や計算、需給調整部１１４自身の動作遅延などがある。需給調整要求から実際に需給調整が行われるまでの間の遅延が大きくなると、目的の総需給調整量を達成できずに需給調整の効果が減少する。さらに、発振現象が生じて逆に系統に悪影響を及ぼす場合もある。

ここでは、遅延の悪影響を低減し、需給調整要求量に対する実際の総需給調整量の誤差がｘ％以内に収まるようにする。

この例では、割り当て帯域計算部１０８は、需給調整量計算部１０９に割り当て帯域α^m _nを低頻度で伝達する。この伝達は、周波数スペクトル変換部１０７からリアルタイムで与えられる変動スペクトルと、需給調整装置状態収集部１１０から低い頻度で与えられる需給調整装置ｍ（ｍ＝１〜Ｍ）の遅延量Δｔ_mと、に基づく。ここで、変動スペクトルは、過去から現在までのｎ＝１〜Ｎの周波数成分ｆ_nに対応する、強度Ａ_nと位相θ_nである。

需給調整要求量把握部１０５が需給調整要求量１１７を取得してから、需給調整装置１０２の需給調整部１１４が動作して需給を調整するまでの遅延量の総和をΔｔ_mとする。
Δｔ_mは、需給調整装置状態収集部１１０が需給調整装置１０２から収集する。

Δｔ_mの測定方法としては、例えば以下の方法がある。

需給調整部１１４と系統との連系線に電力計を取り付け、需給調整要求量把握部１０５と需給調整装置１０２が同期した時計を備えるようにする。そして、需給調整要求量把握部１０５は、需給調整要求量にタイムスタンプを付け、需給調整部１１４が需給を調整するまでの各処理において情報を伝達する際にも別途タイムスタンプも伝達する。需給調整装置１０２では、電力計での測定値が需給調整部１１４への指令値と一致した時刻を測定し、伝達されたタイムスタンプと比較して、遅延時間を測定する。

図９は、電力貯蔵装置の割り当て帯域α^m _nを計算する方法のフローチャートである。割り当て帯域計算部１０８は、需給調整要求量の変動スペクトルの各々の周波数成分ｆ_nに対し、ｎが大きいものから順に、下記の式（１０）及び式（７）を満たし、かつｎ'＝１〜Ｎに対してα^m _n'＝０を満たす電力貯蔵装置の中から、Δｔ_mが最大となる電力貯蔵装置ｍを選び、α^m _n＝１とする。周波数成分ｆ_nの単位はＨｚである。また、各周波数成分の大小関係はｆ₁＜ｆ₂＜ｆ₃＜…＜ｆ_Nであるもとのとする。

２πｆ_nΔｔ_m≦ｘ／１００ …（１０）

なお、ここでは、一つの周波数帯域に対して一つの需給調整装置１０２を割り振る例を示しているが、一つの周波数帯域を複数の蓄電池に割り振ってよいし、一つの需給調整装置１０２が複数の周波数成分の変動を吸収するようにしてもよい。

一つの周波数帯域を複数の需給調整装置１０２に割り振る場合について説明する。式（７）及び式（１０）を満たし、なおかつｎ'＝１〜Ｎに対してα^m _n'＝０となる電力貯蔵装置が存在しない場合、図９の例では対処不能のためエラー処理となる。

ここで、複数の電力貯蔵装置を組み合わせて一つの周波数帯域の変動を吸収することで、エラーを回避することができる。具体的には、複数の需給調整装置１０２を単一の電池とみなし、それらの需給調整装置１０２の中で遅延量が最大の電池のΔｔ_mを新たな遅延量とする。さらに、それらのＷ容量を足し合わせたものを新たなＷ容量として、式（７）を満たすようにしてもよい。この場合は、複数の需給調整装置１０２に対して、単一の周波数帯域を割り振っている。

また、エラー処理の他の例として、需給調整要求量と総需給調整量を誤差ｘの範囲で一致させることはできないと判断し、誤差を可能な限り減らすため、ｘの値を僅かに大きくして、再度図９の処理を実施するようにしてもよい。

上記の割り当て帯域α^m _nの計算方法によって効果が得られる理由について説明する。

上記の方法で割り当て帯域α^m _nを設定することにより、需給調整要求量と総需給調整量を誤差ｘの範囲で一致させられるのは、以下の理由による。

ここでは、需給調整装置ｍが、需給調整要求量の変動スペクトルの周波数成分ｆ_n'（Ｈｚ）についてのみ、需給調整を行うとする。すなわち、以下の式（１１）が成り立つ。

α^m _n＝ １ ｆｏｒ ｎ＝ｎ’
０ ｆｏｒ ｎ≠ｎ’ …（１１）

スペクトルの大きさＡ_nは、数分〜数十分程度のオーダーで一定である。また、仮に位相変化がない状態、つまりθ_n＝一定とした場合、需給調整装置ｍの需給調整量Ｐ_mの時間変化は、式（１２）で表される。

Ｐ_m（ｔ）＝α^m _n'×Ａ_n'×Ｓｉｎ（２πｆ_n'×ｔ＋θ_n'） …（１２）

ここで、Ｐ_m（ｔ）の変化速度は、式（１２）をｔで微分する事で以下の式（１３）のように表すことができる。式（１３）において、「Ｃｏｓ」は余弦を表す。

ｄＰ_m（ｔ）/ｄｔ＝２πｆ_n'×α^m _n'×Ａ_n'×Ｃｏｓ（２πｆ_n'×ｔ＋θ_n'）
＝２πｆ_n'×Ｐ_m（ｔ） …（１３）

Δｔ_mの値が十分に小さい場合、遅延によって生じる目標からの乖離は、ｄＰ_m（ｔ）/ｄｔ×Δｔ_mと表すことができ、これをＰ_m（ｔ）との比率で表すと、式（１４）のとおりとなる。

（ｄＰ_m（ｔ）/ｄｔ）×Δｔ_m／Ｐ_m（ｔ）＝２πｆ_nΔｔ_m …（１４）

式（１４）の右辺が全てのｎにおいてｘ／１００より小さければ、需給調整要求量と総需給調整量は誤差ｘの範囲で一致する。したがって、式（１０）が全てのｎにおいて成立することにより、需給調整要求量と総需給調整量が誤差ｘの範囲で一致する。

（割り当て帯域α^m _nの計算方法３）
割り当て帯域計算部１０８における、割り当て帯域α^m _nの他の計算方法の例を示す。上述の計算方法１は、Ｗｈ容量及びＷ容量が不足することを回避することを目的としている。しかし、計算方法１は、遅延に起因する需給調整要求量と総需給調整量の乖離は無視しているため、乖離を低減するには低遅延で制御を行う必要がある。

上述の計算方法２は、Ｗ容量の不足、及び遅延に起因する需給調整要求量と総需給調整量の乖離を回避することを目的としている。しかし、Ｗｈ容量については無視しており、需給調整要求量と総需給調整量の乖離を回避するためには十分なＷｈ容量が必要となる。

現実には、低遅延で、かつ十分なＷ容量およびＷｈ容量があるとは限らない。したがって、遅延があり、十分なＷ容量およびＷｈ容量が無い場合に有効な割り当て帯域α^m _nの計算方法の例を示す。

計算方法３は、各周波数帯域に対して、計算方法１を満たすための条件である式（６）と、計算方法２を満たすための条件である式（９）、及びＷ容量の条件式（７）の全てを満たすようにα^m _nを決定する。その際、需給調整装置１〜Ｍの中から、単一の需給調整装置１０２に加え、２つ以上の需給調整装置１０２の組み合わせも抽出する。２つ以上の需給調整装置１０２の組み合わせは、新たな単一の需給調整装置１０２とみなされる。

その際、式（６）のＣ_m'は、組み合わせる需給調整装置１０２についての総和をＣ_m'とし、式（９）のΔｔ_mは、組み合わせる需給調整装置１０２の中で最大のΔｔ_mをΔｔ_mとする。また、Ｗ容量については、組み合わせる需給調整装置１０２の総和をＷ容量とする。

割り当て帯域計算部１０８は、単独または２つ以上の需給調整装置１０２の組み合わせを用いて、式（６）、式（７）、式（９）を満たすα^m _nを探索する。この際、探索方法が組み合わせ最適化問題として定式化される。具体的には、遺伝的アルゴリズムやタブーサーチ、焼きなまし法やシミュレーティド・エボリューション等の手法を用いることができる。

［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態による需給調整システムの構成を示すブロック図である。第１の実施形態では、中央制御装置１０１は、各需給調整装置１０２の需給調整量を、通信手段１１８を介してリアルタイムで送信する。この方法が適用可能なのは、中央制御装置１０１が故障せず、通信の信頼性が高い（遅延が小さく、途絶がない）場合である。すなわち、二重化などの対策をとった信頼性の高い中央制御装置１０１を使用し、中央制御装置１０１と需給調整装置１０２を専用線で接続したシステムなどがこれに該当する。

しかし、需給調整装置１０２の数が膨大になると、すべての需給調整装置１０２と中央制御装置１０１を専用線で接続することは困難であるため、インターネット等の公共回線を使用する場合も考えられる。その場合、通信の遅延が大きくなり、「割り当て帯域α^m _nの計算方法２」の方法を採用しても、目的とする需給調整要求量を実現できなくなる場合がある。また、中央制御装置１０１の故障や通信障害が生じると、需給調整装置１０２は一切稼働しなくなるため、需給調整の容量が無駄になる。

図１０に示すように、第２の実施形態では、各々の需給調整装置１００２が、需給調整要求量把握部１０５５、需給調整要求量記録部１０５６、周波数スペクトル変換部１０５７、および需給調整量計算部１０５９を有している。

これにより、中央制御装置１００１と需給調整装置１００２との間での通信手段１０１８を用いた情報の伝達は、以下の２つのみになる。

一つは、中央制御装置１００１から需給調整装置１００２への割り当て帯域の送信である。もう一つは、需給調整装置１００２から中央制御装置１００１への需給調整装置状態の送信である。需給調整装置１００２は、需給調整要求量把握部１０５５で取得した需給調整量のうち、割り当て帯域で示された部分についてのみ、需給調整部１０１４にて需給調整を行う。

なお、割り当て帯域計算部１００８にて、割り当て帯域α^m _nの計算方法２または３を採用する場合、遅延時間を表すΔｔ_mは、需給調整装置１００２内の需給調整要求量把握部１０５５が需給調整量を把握してから、需給調整部１０１４が目標の需給調整量を達成するまでの時間である。すなわち、第１の実施形態における結果から、通信にかかる時間を差し引いた時間となる。

本実施形態によれば、中央制御装置１００１の故障や通信手段１０１８の遅延に対する耐性を上げることが可能な理由について説明する。

第１の実施形態と同様に、中央制御装置１００１と需給調整装置１００２の間での、通信の頻度は、需給調整装置１００２が充放電の値を変更する頻度と比較して、数分〜数十分と、極めて低い。したがって、通信の遅延が通信頻度である数分〜数十分のオーダーよりも小さいなら、需給調整要求量と総需給調整量の乖離は生じない。

また、中央制御装置１００１が故障等により停止したり、通信障害が発生したりしたとしても、数分〜数十分のオーダーよりも小さい時間内に復旧すれば、需給調整要求量と総需給調整量の乖離は生じない。

例えば再生可能電源等による需給量の変動を吸収したい場合、需給調整要求量把握部１０５５は、電力線１０１９の電圧を測定し、その電圧に基づいて、地域全体の需給量を推定してもよい。

また、例えば、太陽光発電による需給量の変動を吸収したい場合、需給調整要求量把握部１０５５は、日射計を用いて地域の日射量を測定し、その値に基づいて、地域全体の再生可能電源による発電量を推定してもよい。

また、例えば、中央制御装置１００１、または中央制御装置１００１に需給調整要求量を伝達する上位系統（例えば電力会社の給電指令所）から、信頼性の高い通信方法で一斉通信を行うようにしてもよい。この場合、必要なのは一方向の通信であるため、安価な手段も利用できる。例えば安価かつ信頼性の高い通信方法として、ラジオ等の無線通信を用いることができる。

なお、割り当て帯域α^m _nの計算方法はここで示したものに限られない。例えば、電池の劣化を防ぐ割り当て帯域α^m _nの計算方法がある。需給調整装置１０２や需給調整装置１００２が蓄電池の場合、需給調整を行うことで、容量低減や内部抵抗増加などの劣化を引き起こす。劣化の程度は温度やＳｏＣの値で大きく異なる。そこで、需給調整装置の状態として、劣化に関係するパラメータを収集し、劣化を最小化しつつ、需給調整要求量を実現するような計算方法を採用してもよい。

上述した第１及び第２の実施形態を例に説明した本発明は、当該実施形態の説明において参照したフローチャート（図２、図６、図７、図８、図９）の機能、或いは少なくとも図１、図１０に示したブロック図における中央制御装置１０１を実現可能なプログラムを図１１に示す情報処理装置２０００に対して供給した後、そのプログラムをＣＰＵ２１００に対して実行することによって達成される。また、情報処理装置２０００内に供給されたプログラムは、読み書き可能な一時記憶メモリ２２００またはハードディスクドライブ等の不揮発性の記憶装置２３００に格納すればよい。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、
前記中央制御装置は、
各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集部と、
前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算部と、
前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算部と、を備えた需給調整システム。

（付記２）前記需給調整装置の状態に関する情報は、
前記需給調整装置の容量および遅延量のうちの少なくとも一つを含む、付記１に記載の需給調整システム。

（付記３）中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、
前記中央制御装置は、
各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集部と、
前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算部と、
前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を、各々の需給調整装置に送信する割り当て帯域送信部と、を備え、
前記各々の需給調整装置は、
前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、自身の需給調整量を算出する需給調整量計算部を備え、
前記中央制御装置は、前記需給調整装置が算出した需給調整量に基づいて需給調整を行うよりも低い頻度で、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を送信する、需給調整システム。

（付記４）前記前記需給調整装置は、電力貯蔵装置である、付記１から３のいずれか１項に記載の需給調整システム。

（付記５）中央制御装置が１つ以上の需給調整装置の需給調整を行う需給調整方法であって、
前記中央制御装置が、各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集し、
前記中央制御装置が、前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出して割り当て、
前記中央制御装置が、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する、需給調整方法。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、2013年3月1日に出願された日本出願特願2013-040698を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０１，１００１ 中央制御装置
１０２，１００２ 需給調整装置
１０３，１００３ 割り当て量計算部
１０４，１００４ 通信部
１０５，１００５，１０１５ 需給調整要求量把握部
１０６，１００６，１０５６ 需給調整要求量記録部
１０７，１００７，１０５７ 周波数スペクトル変換部
１０８，１００８ 割り当て帯域計算部
１０９，１０５９ 需給調整量計算部
１１０，１０１０ 需給調整装置状態収集部
１１１，１０１１ 需給調整装置状態受信部
１１２ 充放電量送信部
１１３ 需給調整量受信部
１１４，１０１４ 需給調整部
１１５，１０１５ 需給調整装置状態送信部
１１６ 系統運用者
１１７ 需給調整要求量
１１８，１０１８ 通信手段
１１９，１０１９ 電力線
１０１２ 割り当て帯域送信部
１０１３ 割り当て帯域受信部
２０００ 情報処理装置
２１００ CPU
２２００ 一時記憶メモリ
２３００ 記憶装置

Claims (9)

1. 中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、
   前記中央制御装置は、
   各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集手段と、
   前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算手段と、
   前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算部と、を備えた需給調整システム。
2. 前記需給調整装置の状態に関する情報は、
   前記需給調整装置の容量および遅延量のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の需給調整システム。
3. 中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、
   前記中央制御装置は、
   各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集手段と、
   前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算手段と、
   前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を、各々の需給調整装置に送信する割り当て帯域送信手段と、を備え、
   前記各々の需給調整装置は、
   前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、自身の需給調整量を算出する需給調整量計算手段を備え、
   前記中央制御装置は、前記需給調整装置が算出した需給調整量に基づいて需給調整を行うよりも低い頻度で、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を送信する、需給調整システム。
4. 前記需給調整装置は、電力貯蔵装置である、請求項１から３のいずれか１項に記載の需給調整システム。
   
5. 中央制御装置が１つ以上の需給調整装置の需給調整を行う需給調整方法であって、
   前記中央制御装置が、各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集し、
   前記中央制御装置が、前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出して割り当て、
   前記中央制御装置が、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する、需給調整方法。
6. 需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集処理と、
   前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算処理と、
   前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算処理と、
   を中央制御装置に実行させる需給調整プログラム。
7. 前記需給調整装置の状態に関する情報は、
   前記需給調整装置の容量および遅延量のうちの少なくとも一つを含む、請求項６に記載の需給調整プログラム。
8. １つ以上の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集処理と、
   前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算処理と、
   前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、前記需給調整装置が算出する前記需給調整装置の需給調整量に基づいて、需給調整を行うよりも低い頻度で、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を送信する割り当て帯域送信処理とを、中央制御装置に実行させる需給調整プログラム。
9. 前記需給調整装置は、電力貯蔵装置である、請求項６から８のいずれか１項に記載の需給調整プログラム。

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