JP6435881B2

JP6435881B2 - 発電量予測装置、発電量予測方法、及びプログラム

Info

Publication number: JP6435881B2
Application number: JP2015011255A
Authority: JP
Inventors: 祐志谷
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: JP2016136004A

Description

本発明は、発電量予測装置、発電量予測方法、及びプログラムに関する。

風力発電の導入が進むにつれて、電力の需給運用において、風力発電の出力を精度よく予測することの重要性が増している。風力発電の出力を予測する方法として、例えば、風速を含む複数種類の気象データと、パワーカーブから求めた発電量と、発電量の実績値と、に基づいて予測式を生成し、この予測式に、気象データと、パワーカーブから求めた発電量を入力して、発電量の予測値を算出する手法がある（例えば特許文献１）。

特許第５４６１７４８号公報

かかる予測に用いられる気象データは、例えば、気象庁から提供される数値予報データである。気象庁の数値予報には、基礎となる計算モデルに応じて幾つかの種類があるところ、例えば、局地モデル（ＬＦＭ）では、日本周辺に及ぶ領域を２ｋｍ格子で覆い、各格子点（メッシュ）について気象予報値が提供される。

ここで、ウィンドファームと称される大規模な風力発電サイトでは、多数の風力発電機が数ｋｍ四方に亘って設置されるところ、風力発電機は、落雷や強風などの自然的要因や人為的要因によってしばしば故障することが知られている。また、風力発電機は、定期的又は不定期の点検作業や保守作業のために停止する。風力発電サイトの発電量は、気象条件の変化以外にも、このような風力発電機の故障や停止によって大きく変化し、このことは発電量の予測の精度に影響を及ぼす。

そこで、本発明は、複数の風力発電機における発電量の予測の精度を向上させることを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本発明は、複数の風力発電機における発電量を予測する発電量予測装置であって、前記複数の風力発電機が設置されている場所を含む複数の区画における風速の予報値を示す予報情報に基づいて、当該予報値の発電量への複数の換算値を算出する算出部と、所定の時間帯における前記算出された複数の換算値のうち前記所定の時間帯における前記風力発電機の発電実績との誤差が最小となる換算値に対応する区画について算出された、前記所定の時間帯より将来の時間帯における換算値を、前記将来の時間帯における前記発電量の予測値として選択する選択部と、前記選択された予測値を出力する出力部と、を備える。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、複数の風力発電機における発電量の予測の精度を向上させることが可能になる。

本発明の実施形態に係る発電量予測装置によって発電量が予測される風力発電サイト及びその周辺領域を示す概略図である。本発明の実施形態に係る発電量予測装置の機能を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る発電量予測装置の動作を示すフローチャートである。発電量予測装置に入力される風速予報値の一例を示す図である。パワーカーブの一例を示すグラフである。風速予報値の発電量への換算の一例を示す図である。ある時刻における発電量の予測結果の一例を示す図である。図７Ａとは別の時刻における発電量の予測結果の一例を示す図である。

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。

＝＝＝風力発電サイト及びメッシュ＝＝＝
図１を参照して、本実施形態における発電量予測装置によって発電量が予測される風力発電サイト、及び、その風力発電サイトを含む領域に画成されるメッシュを説明する。

図１に示されるように、風力発電機３１−３６を含む風力発電サイト３が設けられている。風力発電機３１−３６のそれぞれは、１台の風力発電機でもよいし、複数の風力発電機を代表していてもよい。

本実施形態では、ＬＦＭに係る気象予報データに基づいて風力発電サイト３の発電量を予測するので、風力発電サイト３の設置場所（図１において太線で囲まれた範囲）を含む領域が、一辺２ｋｍのメッシュ（区画）で画成されている。もっとも、メソモデル（ＭＳＭ）などの他の気象予報データが用いられてもよく、その場合、上記領域は、例えば一辺５ｋｍのメッシュで画成されてもよい。

また、風力発電サイト３を含む領域は、図１に示されるように８行７列に配置された５６個のメッシュＡ１−Ｇ８に分けられ、風力発電サイト３は、外周のメッシュの内側に設けられているものとする。したがって、本実施形態では、風力発電サイト３の外側２ｋｍまでの領域について気象予報データが提供されることになる。ただし、気象予報データが提供される領域を、例えば風力発電サイト３の外側４ｋｍまで拡張してもよいし、あるいは、縮小しても構わない。

なお、このような領域に属する全てのメッシュについての気象予測データを発電量の予測に用いる必要はなく、発電量の予測に用いる気象予報データを特定のメッシュの予報データに限定してもよい。また、本実施形態では風速の予報値が用いられるが、他の気象予報値、例えば湿度、気圧などの予報値が併用されてもよい。

＝＝＝発電量予測装置の構成＝＝＝
図２、図４−図６、図７Ａ、図７Ｂを参照して、本実施形態における発電量予測装置の構成を説明する。図２は、発電量予測装置の機能を示すブロック図である。図３は、発電量予測装置の動作を示すフローチャートである。図４は、発電量予測装置に入力される風速予報値の一例を示す図である。図５は、パワーカーブの一例を示すグラフである。図６は、風速予報値の発電量への換算の一例を示す。図７Ａは、ある時刻における発電量の予測結果の一例を示し、図７Ｂは、図７Ａとは別の時刻における発電量の予測結果の一例を示す。

図２に示されるように、発電量予測装置１は、入力部１１、算出部１２、選択部１３、出力部１４、及び記憶部１５を備える。なお、説明の便宜上、２０１４年１２月２０日０時に最新の気象予報情報が配信されたものとする（図４，図６参照）。

入力部１１は、発電量予測装置１と外部装置（不図示）との間のインターフェイスであるとともに、発電量予測装置１と使用者との間のインターフェイスでもある。具体的には、入力部１１は、例えば気象庁のサーバー（不図示）から、風速などの気象予報値を示す予報情報を受信する。本実施形態において、予報情報は、５６個のメッシュＡ１−Ｇ８のそれぞれについて所定の時間間隔毎（例えば１時間毎）に配信されるものとし、例えば配信時刻から９時間先までの１時間毎の風速の予報値を含む（図４参照）。ここでは、風速は、図４に示されるように南北方向の大きさと東西方向の大きさとで与えられているが、例えば風向きと大きさとで与えられてもよい。また、ここでは、地上における風速の予報値が配信されるものとするが、例えば海抜５０ｍのような所定の高さでの風速の予報値が配信されても構わない。

また、入力部１１は、例えば風力発電サイト３に設置された情報装置（不図示）から、風力発電サイト３における発電実績を示す実績情報を受信する。本実施形態において、実績情報は、予報情報と同じ時間間隔（例えば１時間毎）に配信されるものとするが、異なる時間間隔（例えば３０分毎）に配信されても構わない。入力部１１は更に、例えば風力発電サイト３の情報装置（不図示）から、風力発電機３１−３６の故障や点検、保守による運転停止を示す情報を受信してもよい。なお、入力部１１が受信した各種情報は、所定の期間分だけ記憶部１５に記憶されてもよい。

本実施形態において、予報情報は、上述したように所定の領域内の全てのメッシュについて提供されるが、予報情報が与えられるメッシュの範囲は、使用者によって、キーボードやタッチパネルスクリーンなどの入力装置（不図示）を介して適宜変更されてもよい。あるいは、入力部１１は、上述した入力装置を介した使用者の指示に応じて、発電量の予測に用いられる予報情報を、受信した予報情報のうち特定のメッシュに関する予報情報に制限することができるように設計されてもよい。

次いで算出部１２について述べると、算出部１２は、風力発電機３１−３６の設置場所を含む５６個のメッシュＡ１−Ｇ８における風速の予報値を示す予報情報（図４参照）に基づいて、予報値の発電量への換算値を算出する。

具体的には、算出部１２はまず、南北方向の成分Ｖｙ及び東西方向の成分Ｖｘで表わされている風速Ｖを、次の数式１を用いて絶対値｜Ｖ｜に変換する。なお、風速の予測値が風速の大きさ及び風向きで与えられる場合には、かかる変換は不要である。

そして、算出部１２は、このように変換された風速の絶対値｜Ｖ｜を、記憶部１５に記憶された所定の換算式を用いて、ナセルの高さ（海抜高度）における風速の予測値｜Ｖ’｜に換算する。その際、ナセルの高さが風力発電機３１−３６毎に異なる場合には、例えば、発電機毎に風速の予測値｜Ｖ’_１｜−｜Ｖ’_６｜を求めてもよいし、ナセルの平均的な高さにおける風速の予測値｜Ｖ’_ａｖ｜を求めてもよい。なお、気象予報データが、風力発電機のナセルの高さにおける風速として与えられる場合、上述の換算は不要であり、配信された風速の予報値の絶対値｜Ｖ｜が風速の予測値｜Ｖ’｜となる。

そして、算出部１２は、かかる風速の予測値｜Ｖ’｜を、図５に例示されるようなパワーカーブに適用して、発電量に換算する。例えば、個々の発電機のナセルにおける風速の予測値の平均｜Ｖ’_ａｖ｜を用いて発電量の換算値を算出する場合、かかる予測値の平均｜Ｖ’_ａｖ｜をパワーカーブに適用して得た値に風力発電機の稼働台数を乗じた値を発電量換算値とする。あるいは、風力発電機３１−３６毎の風速の予測値｜Ｖ’_１｜−｜Ｖ’_６｜を用いる場合、稼働中の風力発電機についての予測値をそれぞれのパワーカーブに適用して得た値を合計し、合計値を発電量換算値とする。この場合、風力発電機毎に異なるパワーカーブを用いれば、予測の精度が向上する。ここで、風力発電機の稼働台数や風力発電機３１−３６の稼働に関する情報は、記憶部１５に記憶されている情報に基づく。

かかる発電量への換算は、本実施形態では、入力部１１が予報情報を受信する毎に実行される。また、予報情報は、上述したように、５６個のメッシュ毎に現在時刻から９時間先までの１時間毎の予測値として与えられるから、１回の変換作業で５６０個（５６個ｘ１０）の換算値が算出されることになる（図６参照）。このようにして算出された発電量への換算値は、記憶部１５に記憶される。

選択部１３の説明に移ると、選択部１３は、所定の時間帯について上述のように算出された複数の換算値のうち、所定の時間帯における風力発電サイト３の発電実績との誤差が最小となる換算値に対応するメッシュについて算出された将来の時間帯における換算値を、発電量の予測値として選択する。例えば、図４に示すような２０１４年１２月２０日０時に配信された予報情報に基づいて、同日０時におけるメッシュＡ１，Ａ２，・・・Ａ８・・・Ｇ８での発電量換算値が、図６のように５５０［ｋＷ］，５３８［ｋＷ］，・・・５１３・・・４２５［ｋＷ］と算出されたとする。そして、２０１４年１２月２０日０時における風力発電サイト３の発電実績が５１０［ｋＷ］であると通知されたとき、選択部１３は、かかる発電実績を上述の５６個の発電量換算値のそれぞれと比較し、メッシュＡ８における発電量換算値５１３［ｋＷ］が発電実績５１０［ｋＷ］と最小の誤差を有すると判断する。そして、選択部１３は、メッシュＡ８についての同日１時以降の発電量換算値を、風力発電サイト３での発電量の予測値として選択する（図７Ａ参照）。

本実施形態において、選択部１３は、風力発電サイト３の発電実績を示す情報が配信される毎に、その発電実績を、同時刻についての５６個の発電量換算値のそれぞれと比較し、発電実績との誤差が最小となる換算値に対応するメッシュにおける将来の換算値を、風力発電サイト３における発電量の予測値として選択する。したがって、発電量の予測値として選択される値の基礎となるメッシュは、所定の時間間隔毎に変わり得る。上述した図６の例において、発電量換算値が更新される前に２０１４年１２月２０日１時の発電実績が配信された場合を考える。この場合、図６から、２０１４年１２月２０日１時における発電量の予測値は、
(A1, A2, ... A8, B1, ... G8) = (538, 513, ... 788, 663, ... 833)
である。したがって、メッシュＧ８における同時刻の発電量換算値が発電実績８２０［ｋＷ］に最も近いので、選択部１３は、メッシュＧ８の同日２時以降の発電量換算値を選択することになる（図７Ｂ参照）。

出力部１４は、算出部１２が算出した発電量の予測値を表示装置２に出力する。出力部１４は、発電量の予測値の時間推移が運用者に視覚的に把握されるべく、例えば図７Ａ、図７Ｂのように表やグラフの形式で予測値を出力してもよい。また、出力部１４は、過去の時刻における発電実績と将来の時刻における予測値とが時間軸に沿って表示されるように、発電実績と予測値とを出力してもよい。

記憶部１５は、入力部１１が受信した予報情報や実績情報を記憶するとともに、算出部１２が算出した発電量換算値を記憶する。また、記憶部１５は、風力発電機３１−３６のナセルの高さ、風力発電機３１−３６のそれぞれに対応するパワーカーブ、風力発電機３１−３６の運転停止に関する情報を記憶する。その他、記憶部１５は、発電量予測装置１の各機能を実行するためのプログラムを格納する。

なお、上述した入力部１１，算出部１２，選択部１３，出力部１４，及び記憶部１５の各機能は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭを備えたコンピュータによって実現される。

＝＝＝発電量予測装置の動作＝＝＝
図３を参照して、発電量予測装置１の動作を説明する。図３は、発電量予測装置の動作を示すフローチャートである。

発電量予測装置１が起動され、あるいは、予測対象となる風力発電サイトが選択されると、まず、ステップＳ１において、風速の予測値が取得されるべきメッシュが選択される。上述したとおり、本実施形態では、選択されるメッシュは、通常、風力発電サイト３の外側２ｋｍの領域に属する５６個のメッシュＡ１−Ｇ８である。これにより、気象予報値の位置ずれや時間ずれに由来する予測値の誤差が低減する。なお、この設定が運用者によって変更されてもよいことは上述したとおりであり、これにより、計算処理の効率化、高速化を図るとともに、風力発電サイト３の状況に応じた適切な予測値を得ることができる。

次いで、ステップＳ２において、選択されたメッシュにおける気象予報値が発電量に換算される。このような発電量への換算は、算出部１２において実行される。発電量への換算に際して、風力発電サイト３に属する風力発電機３１−３６の運転停止に関する情報が用いられるから、風力発電機の故障等による停止を踏まえた精度の高い予測が可能となる。

気象予報値が発電量に換算されると、ステップＳ３において、風力発電サイト３の発電実績との誤差が最小となる発電量換算値が求められ、その発電量換算値に対応するメッシュにおける将来の発電量換算値が風力発電サイト３の発電量の予測値として選択される。かかる予測値の選択は選択部１３において実行される。選択された発電量の予測値は、出力部１４を介して表示装置２に出力される。これにより、系統の運用者は、最新の情報による精度の高い予測値を用いて系統の運用を行うことができる。

このように、本実施形態では、発電実績との誤差が最小となる発電量換算値に対応するメッシュにおける将来の発電量換算値が、風力発電サイト３における発電量の予測値として選択される。そのため、気象予報値の位置ずれや時間ずれに由来する予測誤差が低減するとともに、風力発電サイト３内の風力発電機の運転停止による予測誤差が低減し、予測の精度が向上する。これにより、発電計画の効率的かつ安定的な運用が可能となる。また、風力発電サイト３の発電実績が配信される毎に、発電量の予測値が更新されるから、予測業務の自動化及び効率化を図ることができる。

以上説明したように、発電量予測装置１は、風力発電サイト３の設置場所を含む５６個のメッシュＡ１−Ｇ８における風速の予報値を示す予報情報に基づいて、予報値の発電量への複数の換算値を算出する算出部１２と、所定の時間帯における複数の換算値のうち所定の時間帯における風力発電サイト３の発電実績との誤差が最小となる換算値に対応する区画について算出された将来の時間帯における換算値を、将来の時間帯における発電量の予測値として選択する選択部１３と、選択された予測値を出力する出力部１４と、を備える。かかる実施形態によれば、風力発電サイト３内の風力発電機の運転停止による予測誤差が低減し、予測の精度が向上する。このことは、発電計画の効率的かつ安定的な運用に資する。

また、メッシュＡ１−Ｇ８が、風力発電サイト３の設置場所を囲む領域よりも広い領域に亘って画成されることで、気象予報値の位置ずれや時間ずれに由来する予測誤差も低減させることができるから、予測の精度が向上する。

また、算出部１２が、風速と風力発電機の出力との関係を示すパワーカーブを用いて発電量換算値を算出することで、個々の発電機の特性に応じた発電量の予測が可能となり、予測の精度が向上する。

また、算出部１２が、風力発電機のナセルの高さにおける風速の予測値を用いて発電量換算値を算出することで、風力発電機が実際に受ける風力に近い状況の下で発電量を予測することができるから、予測の精度が向上する。

また、算出部１２は、所定の時間間隔毎に発電量換算値を算出し、選択部１３は、算出部１２が発電量換算値を算出すると、予測値を選択し、出力部１４は、選択部１３が予測値を選択すると、選択された予測値を出力することが好ましい。これにより、発電量の予測値が定期的に更新されるから、より精度の高い予測値を系統運用者に提示することが可能となる。また、予測業務の自動化及び効率化を図ることができる。

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。例えば、気象予報情報は、３０分毎に配信されてもよい。また、風力発電機の停止に関する情報は、系統運用者によって、入力装置を介して入力されてもよい。

１発電量予測装置
２表示装置
３風力発電サイト
１１入力部
１２算出部
１３選択部
１４出力部
１５記憶部
３１−３６風力発電機

Claims

複数の風力発電機における発電量を予測する発電量予測装置であって、
前記複数の風力発電機が設置されている場所を含む複数の区画における風速の予報値を示す予報情報に基づいて、当該予報値の発電量への複数の換算値を算出する算出部と、
所定の時間帯における前記算出された複数の換算値のうち前記所定の時間帯における前記風力発電機の発電実績との誤差が最小となる換算値に対応する区画について算出された、前記所定の時間帯より将来の時間帯における換算値を、前記将来の時間帯における前記発電量の予測値として選択する選択部と、
前記選択された予測値を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする予測装置。
前記複数の区画は、前記複数の風力発電機が設置されている前記場所を囲む領域よりも広い領域に亘って画成される
ことを特徴とする請求項１に記載の発電量予測装置。
前記算出部は、風速と風力発電機の出力との関係を示すパワーカーブを用いて前記複数の換算値を算出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電量予測装置。
前記算出部は、前記複数の風力発電機のナセルの高さにおける風速の予測値を用いて前記複数の換算値を算出する
ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の発電量予測装置。
前記算出部は、所定の時間間隔毎に前記複数の換算値を算出し、
前記選択部は、前記算出部が前記複数の換算値を算出すると、前記予測値を選択し、
前記出力部は、前記選択部が前記予測値を選択すると、当該選択された予測値を出力する
ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載の発電量予測装置。
複数の風力発電機における発電量を予測する発電量予測方法であって、
前記複数の風力発電機が設置されている場所を含む複数の区画における風速の予報値を示す予報情報に基づいて、当該予報値の発電量への複数の換算値を算出し、
所定の時間帯における前記算出された複数の換算値のうち前記所定の時間帯における前記風力発電機の発電実績との誤差が最小となる換算値に対応する区画について算出された、前記所定の時間帯より将来の時間帯における換算値を、前記将来の時間帯における前記発電量の予測値として選択し、
前記選択された予測値を出力する、
ことを特徴とする発電量予測方法。
複数の風力発電機における発電量を予測するべく、コンピュータに対して、
前記複数の風力発電機が設置されている場所を含む複数の区画における風速の予報値を示す予報情報に基づいて、当該予報値の発電量への複数の換算値を算出する第１機能と、
所定の時間帯における前記算出された複数の換算値のうち前記所定の時間帯における前記風力発電機の発電実績との誤差が最小となる換算値に対応する区画について算出された、前記所定の時間帯より将来の時間帯における換算値を、前記将来の時間帯における前記発電量の予測値として選択する第２機能と、
前記選択された予測値を出力する第３機能と、
を実行させるプログラム。