JP6476353B2 - 発電プラントのランプレート制御 - Google Patents

Description

本開示は、送電網との系統連系点（ＰＣＣ）への発電プラントの有効電力出力のランプレートを制御するための方法に関する。

風力や太陽光などの再生可能エネルギー源（ＲＥＳ）が、世界で急速に増加している。島におけるようなＲＥＳ普及率の高い小さな送電網では、ＲＥＳのすばやい断続的な変動が、火力発電所やガス発電機などの従来の調節単位に挑戦している。

送電網においてＲＥＳの量が増加し、再生可能発電プラントのサイズが拡大するにつれて、規制当局と送電システムオペレーター（ＴＳＯ）は、最大有効電力ランプレートに制約を加える新しい送電網規約を実施している。

システムインテグレータは、これらの制約を満たすために、二次電池エネルギー貯蔵システム（ＢＥＳＳ）を設置し始めた。

ＢＥＳＳを制御するための標準ランプレート制御方法は、ＲＥＳ電力出力のいかなる予測も必要としないが、予測を使用するランプレート制御方法が存在する。

米国特許第８，２９５，９８９号は、システム出力の過度に急速な減少の予測に応答してランプダウン速度を制御することを開示している。この手順では、そうでなければ送電網によって許容される変化速度を超えるランプダウン速度を、電力損失があらかじめ予測されていれば、許容限界内に保つことができる。

米国特許出願公開第２０１０／１９８４２０号は、雲の移動の追跡が、太陽光発電分散型発電システムの照射に対する雲量の影響を予測するために使用される、ということを開示している。この予測により、太陽光発電プラントは、エネルギー貯蔵にあまり依存しないか、またはまったく依存せずに、総電力出力の変化を動作要件内に維持することが可能になる。

本発明の目的は、予測データをエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）制御装置への入力として取るシステムおよび制御方法によって、エネルギー貯蔵コストを低減することである。開発された制御方法は、ＥＳＳが電力およびエネルギー定格の点でより少なくなることを可能にする。さらに、貯蔵エネルギースループットを低減することができ、これは、関連する損失を低減し、ＥＳＳの寿命、例えばＢＥＳＳの場合のバッテリ寿命を増加させる。

本発明の一態様によれば、送電網との系統連系点（ＰＣＣ）への発電プラントのプラント有効電力出力のランプレートを制御するための方法が提供される。この方法は、発電プラントに含まれる再生可能エネルギー源（ＲＥＳ）の現在のＲＥＳ有効電力出力に関する情報を取得することを含む。この方法はまた、所定の将来の期間中の、将来のＲＥＳ有効電力出力を予測することを含む。この方法はまた、取得された現在のＲＥＳ有効電力出力の情報および予測されたＲＥＳ有効電力出力に基づいて、前記所定の期間中のＲＥＳ有効電力出力の予期されるランプレートが、プラント有効電力出力の所定の最大ランプレート制限を超えるかどうかを判定することを含む。プラント有効電力出力は、任意の所与の時点において、ＲＥＳ有効電力出力と、発電プラントに含まれるエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ）のＥＳＳ有効電力出力との組み合わせである。この方法はまた、予期されるランプレートが最大ランプレート制限を超えるかどうかを前記判定することに基づいて、予期されるランプレートが所定の期間中に所定の最大ランプレート制限を超えると判定される／された場合には、予測された将来のＲＥＳ有効電力出力に基づく第１の制御方法を選択し、予期されるランプレートが所定の期間中に所定の最大ランプレート制限を超えないと判定される／された場合には、第１の制御方法とは異なる第２の制御方法を選択することを含む。この方法はまた、選択された第１または第２の制御方法を使用して、プラント有効電力出力のランプレートが所定の期間中に所定の最大ランプレート制限未満に保たれるように、ＥＳＳ有効電力出力を制御するためのＥＳＳ制御信号を生成することを含む。

本発明の別の態様によれば、コンピュータ実行可能なコンポーネントが、制御装置に含まれるプロセッサ回路上で実行されるとき、本開示の方法の実施形態を該制御装置に実行させる該コンピュータ実行可能なコンポーネントを含むコンピュータプログラム製品が提供される。

本発明の別の態様によれば、送電網とのＰＣＣへの発電プラントのプラント有効電力出力のランプレートを制御するための制御装置が提供される。制御装置は、プロセッサ回路と、前記プロセッサ回路によって実行可能なソフトウェアを記憶する記憶装置とを備え、それによって前記制御装置は、発電プラントに含まれるＲＥＳの現在のＲＥＳ有効電力出力に関する情報を取得するように動作する。制御装置はまた、所定の将来の期間中の、将来のＲＥＳ有効電力出力を予測するように動作する。制御装置はまた、取得された現在のＲＥＳ有効電力出力の情報および予測されたＲＥＳ有効電力出力に基づいて、前記所定の期間中のＲＥＳ有効電力出力の予期されるランプレートが、プラント有効電力出力の所定の最大ランプレート制限を超えるかどうかを判定するように動作する。プラント有効電力出力は、任意の所与の時点において、ＲＥＳ有効電力出力と、発電プラントに含まれるＥＳＳのＥＳＳ有効電力出力との組み合わせである。制御装置はまた、予期されるランプレートが最大ランプレート制限を超えるかどうかを前記判定することに基づいて、予期されるランプレートが所定の期間中に所定の最大ランプレート制限を超えると判定される／された場合には、予測された将来のＲＥＳ有効電力出力に基づく第１の制御方法を選択し、予期されるランプレートが所定の期間中に所定の最大ランプレート制限を超えないと判定される／された場合には、第１の制御方法とは異なる第２の制御方法を選択するように動作する。制御装置はまた、選択された第１または第２の制御方法を使用して、プラント有効電力出力のランプレートが所定の期間中に所定の最大ランプレート制限未満に保たれるように、ＥＳＳ有効電力出力を制御するためのＥＳＳ制御信号を生成するように動作する。

適切な場合には、いずれの態様のいずれの特徴も、他のいずれの態様にも適用され得ることに、留意されたい。同様に、いずれの態様のいずれの利点も、他の態様のいずれにも適用され得る。含まれている実施形態の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な開示、添付の従属請求項ならびに図面から、明らかになるであろう。

一般に、特許請求の範囲で使用される全ての用語は、本明細書で明示的に定義されない限り、当該技術分野における通常の意味に従って解釈されるべきである。「１つの（ａ）／１つの（ａｎ）／該（ｔｈｅ）要素、装置、構成要素、手段、ステップ等」への全ての言及は、特に明記しない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップ等の少なくとも１つのインスタンスへの言及として、オープンに解釈されるべきである。本明細書で開示される任意の方法のステップは、明示的に述べられていない限り、開示された正確な順序で実施される必要はない。本開示の異なる特徴／構成要素に「第１」、「第２」などを使用することは、特徴／構成要素を他の類似の特徴／構成要素と区別することのみを意図し、特徴／構成要素に順序または階層を付与することを意図しない。

添付の図面を参照して、実施形態が例として説明される。

本発明の一実施形態による発電プラントの一実施形態の概略ブロック図である。 本発明による制御装置の一実施形態の概略ブロック図である。 本発明の方法の一実施形態の概略フローチャートである。 開ループ制御方法の概略機能ブロック図である。 本発明による制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図を含む、閉ループ制御モデルの概略機能ブロック図である。 ＳＴＤＲＲおよびＦＣＲＲ制御方法におけるＥＳＳの動作の差異をそれぞれ示すグラフを示す。 本発明のＦＣＲＲ_ｆｐ−ＳＴＤＲＲ制御方法の実施形態のシミュレーション結果および参照値のグラフを示す。 本発明のＦＣＲＲ_ｆｂ制御方法の実施形態のシミュレーション結果および参照値のグラフを示す。 本発明のＦＣＲＲ_ｆｂｍ制御方法の実施形態のシミュレーション結果および参照値のグラフを示す。 本発明のＲＣ制御方法の実施形態を示す概略機能ブロック図である。 様々な係数ｋに対する本発明のＲＣ制御方法の実施形態のシミュレーション結果のグラフである。

以下、特定の実施形態が示されている添付の図面を参照して、実施形態をより詳細に説明する。しかし、本開示の範囲内で、多くの異なる形態の他の実施形態が可能である。むしろ、以下の実施形態は、本開示が徹底かつ完全であり、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように、例として提供される。同様の番号は、明細書全体を通して同様の要素を指す。

本明細書で電力が論じられる場合、特に言及しない限り、有効電力が意図される。

図１は、本発明の一実施形態による発電プラント１の一実施形態の概略ブロック図である。

ＲＥＳ２、例えば、太陽光、風力および／または波力発電機システムが、ＰＣＣを経由して送電網に接続される。ＲＥＳは、有効電力Ｐ_ＲＥＳの（正または負の、しかし通常は正の）出力を生成する。ＲＥＳ出力は、例えば天候に基づいて変わり得るので、Ｐ_ＲＥＳと組み合わされて、発電プラントによってＰＣＣを経由して送電網に出力される有効電力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}を形成する正または負の有効電力Ｐ_ＥＳＳを出力することによって、ＲＥＳの変化する出力を補償するために、ＥＳＳ３、例えばＢＥＳＳまたはフライホイール等もまた、発電プラント１に含まれる。
Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}＝Ｐ_ＲＥＳ＋Ｐ_ＥＳＳ （１）
Ｐ_ＥＳＳは、ＥＳＳの充放電電力である。閉ループモデルが使用される場合、ＥＳＳ充電状態（ＳｏＣ）からの負帰還により、ＳｏＣが長期的に変動するのを防ぐことができる。

制御装置４も、発電プラント１に含まれる。制御装置４は、ＥＳＳからの電力Ｐ_ＥＳＳの（正または負の）出力を制御するための制御信号を生成してＥＳＳ３に送信するように構成されている。制御装置はまた、今の（本明細書では現在のとも呼ばれる）電力出力Ｐ_ＥＳＳに関する情報をＥＳＳ３の中または下流の電力センサから連続的または定期的に受信することができる。制御装置は、今の（本明細書では現在のとも呼ばれる）電力出力Ｐ_ＲＥＳに関する情報をＲＥＳ２の中または下流の電力センサから連続的または定期的に受信する。いくつかの実施形態では、制御装置は、ＲＥＳからの電力Ｐ_ＲＥＳの出力を制御する（通常は、先制的に低減する）ための制御信号を生成してＲＥＳ２に送信するように構成することもできる。

制御装置４は、ＲＥＳ２からの将来の電力出力Ｐ_ＲＥＳを制御装置４が予測するのを補助するための、発電プラント１から少し離れて配置されることがある、例えば日射量、風速などに対する天候センサなどの例えば気象センサなどの外部センサから入力信号を受信してもよい。

図２は、本発明による制御装置４の一実施形態の概略ブロック図である。制御装置は、制御装置４が本開示の方法の一実施形態を実行することを可能にするための、制御装置の、例えばメモリまたはＦＰＧＡの記憶装置に記憶されたソフトウェアを実行することができ、それによって、本方法の様々なステップを実行するための機能モジュールが、制御装置に、例えばそのプロセッサ回路に形成され得るような、例えばプロセッサまたはＦＰＧＡのプロセッサ回路を含む。これらのモジュールは、制御装置４内のブロックとして概略的に示されている。したがって、制御装置は、発電プラントに含まれるＲＥＳ２の現在のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳに関する情報を取得し、ＥＳＳ有効電力出力Ｐ_ＥＳＳを制御するためのＥＳＳ制御信号をＥＳＳ３に送信するための通信インターフェースモジュール２４を備える。制御装置はまた、所定の将来の期間中の将来のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳを予測し、取得された現在のＲＥＳ有効電力出力の情報および予測されたＲＥＳ有効電力出力に基づいて、前記将来の期間中のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳの予期されるランプレートが、プラント有効電力出力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}の所定の最大ランプレート制限を超えるかどうかを判定するための予測モジュールを含む。制御装置はまた、予期されるランプレートが最大ランプレート制限を超えるかどうかを前記判定することに基づいて、予期されるランプレートが将来の期間中に所定の最大ランプレート制限を超えると判定された場合には、予測された将来のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳに基づく第１の制御方法を選択し、予期されるランプレートが将来の期間中に所定の最大ランプレート制限を超えないと判定された場合には、予測された将来のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳに基づかない第２の制御方法を選択するための選択モジュール２２を含む。制御装置はまた、プラント有効電力出力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}のランプレートが期間中に所定の最大ランプレート制限未満に保たれるように、ＥＳＳ有効電力出力Ｐ_ＥＳＳを制御するためのＥＳＳ制御信号を、選択された制御方法に従って生成するための信号生成モジュール２３を含む。他の実施形態では、モジュール２１〜２４は、ハードウェアによって、またはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって形成することができる。

図３は、送電網とのＰＣＣへの発電プラント１のプラント有効電力出力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}のランプレートを制御するための、本発明の方法の実施形態の概略フローチャートである。

発電プラントに含まれるＲＥＳ２の現在のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳに関する情報が、取得される（Ｓ１）。

所定の将来の期間中の将来のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳが、予測される（Ｓ２）。いくつかの実施形態では、予測Ｓ２は、センサ５、例えば日射センサまたは風速センサなどの気象センサからの入力信号に基づく。いくつかの実施形態では、予測は、過去のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳの数値解析に基づく。いくつかの実施形態では、予測は、そのようなセンサ入力とそのような数値解析との組み合わせに基づく。

次に、取得された現在のＲＥＳ有効電力出力の情報および予測されたＲＥＳ有効電力出力に基づいて、前記将来の期間中のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳの予期されるランプレートが、プラント有効電力出力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}の所定の最大ランプレート制限を超えるかどうかが、判定される（Ｓ３）。プラント有効電力出力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}は、上述したように、任意の所与の時点において、ＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳと、発電プラントに含まれるＥＳＳ３のＥＳＳ有効電力出力Ｐ_ＥＳＳとの組み合わせ（合計）である。

予期されるランプレートが最大ランプレート制限を超えるかどうかを前記判定すること（Ｓ３）に基づいて、予期されるランプレートが将来の期間中に所定の最大ランプレート制限を超えると判定された場合には、予測された将来のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳに基づく第１の制御方法の選択がなされる（Ｓ４）。そうでなければ、予期されるランプレートが将来の期間中に所定の最大ランプレート制限を超えないと判定された場合には、第１の制御方法とは異なる第２の制御方法の選択がなされる（Ｓ４）。第２の制御方法は、例えば、第１の制御方法よりも低い程度に、予測された将来のＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳに基づいていてもよいし、または全く基づいていなくてもよい。第２の制御方法は、例えば、本明細書で論じるＦＣＲＲ法が５０％未満、例えば２０％と５％の間であり、本明細書で論じるＳＴＤＲＲ法が少なくとも５０％である組み合わせ、またはＳＴＤＲＲ法のみを使用してもよい。

次に、選択された第１または第２の制御方法を使用して（Ｓ５）、プラント有効電力出力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}のランプレートが期間中に所定の最大ランプレート制限未満に保たれるように、ＥＳＳ有効電力出力Ｐ_ＥＳＳを制御するためのＥＳＳ制御信号を生成する（期間は、上記で将来の期間と呼ばれるのと同じ期間であるが、厳密にはもはや将来ではなく、むしろ現在であってもよい）。

図４は、本発明のいくつかの実施形態と共に使用することができるＥＳＳ３のＳｏＣを制御するための開ループ制御モデルの実施形態の概略機能ブロック図である。

図５は、本発明のいくつかの実施形態と共に使用することができるＥＳＳ３のＳｏＣを制御するための閉ループ制御モデルの実施形態の概略機能ブロック図である。図５はまた、本発明のランプレート制御装置４の実施形態の概略的な機能表現を示す。制御装置４は、ＲＥＳ２の予測された電力出力Ｐ_ｆｃに基づいて、標準ランプレート制御方法（ＳＴＤＲＲ）と予測ランプレート制御方法（ＦＣＲＲ）との間で選択する。

ＳＴＤＲＲ制御は、ランプレート制御のためのより簡単な方法であり、Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}は、以下の制約でＰ_ＲＥＳに従うことができる。

ここで、ｒ_ｌは、ランプレート制限である。したがって、Ｐ_ＲＥＳが、ｒ_ｌよりも速いランプを経験する場合、Ｐ_{ｐｌａｎｔ}は、Ｐ_ＲＥＳにいくらか遅れるが、それ以外の場合は、Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}＝Ｐ_ＲＥＳとなる。ＳＴＤＲＲ法では、ＲＥＳ電力出力の予測は必要ない。

また、ランプレート制御は、ＲＥＳ２の有効電力における来たるべきランプに事前に反応することができるように、短期の電力予測を使用してもよい。その目的は、例えば、ＥＳＳ３のエネルギースループットを最小限に抑えながら、有効電力の勾配を制限することであってもよい。これは、以下のコスト関数を最小化することによって行うことができる。

式（３）のコスト関数もまた、式（２）の基準に従う。

式（３）において、Ｐ_{ＲＥＳ，ｆｃ}は、Ｐ_ＲＥＳの予測値であり、ｔ_ｆは、予測ホライズン（すなわち、本明細書で説明する所定の将来の期間の長さ）である。この方法を、以下に示す変形と区別するために、ＦＣＲＲ_ｆｐと称する。最適軌道Ｐ^＊ _{Ｐｌａｎｔ}が、予測ホライズンの終わりまで計算されるが、次の周期的な予測更新までの計算値のみが使用されてもよい。次の予測更新では、新たな最適化を行うことができる。連続する予測更新の間の時間間隔（周期）は、予測ホライズンよりも短いと、仮定される。

ランプレート制約のための制御で予測を使用する動機は、図６を検討することで見出すことができる。ここで、ＲＥＳ２電力出力Ｐ_ＲＥＳにおける理想的なステップ（１から０まで）が仮定されている。図の下部では、ＳＴＤＲＲ法を用いたＢＥＳＳ３が仮定されている。ＢＥＳＳは、ランプレートを、必要とされるレベルに制限し、このことは、プラント１全体の電力（Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}）の応答の遅れにつながる、ということが分かる。図中の網掛け領域は、ＢＥＳＳ３からの放電エネルギーを表している。図の上部では、ＲＥＳ電力出力の理想的な予測に基づくＦＣＲＲｆｐ方式を備えたＢＥＳＳ３が仮定されている。ＢＥＳＳは、この場合、Ｐ_ＲＥＳの変化の前に、このイベントに対して準備し、従って放電前にバッテリを充電することができる、ということが分かる。これは、理想的な場合には、ＢＥＳＳのＳｏＣがイベントの前後で同じレベルになることにつながり、このことは、ＳＴＤＲＲの場合には当てはまらない。

また、図６から、ＢＥＳＳ３のエネルギースループットは、ＦＣＲＲ制御方法の場合、著しく少ないことが分かる。実際に、ＦＣＲＲ法は、理想的な場合において、ＳＴＤＲＲ法と比較してＢＥＳＳスループット電力を４分の１まで減少させる。

また、イベントによるＢＥＳＳ３の放電深度（ＤｏＤ）は、理想的な場合には、ＦＣＲＲ制御方法によって最小限に抑えられ、ＳＴＤＲＲの場合から著しく低減される。この特徴を使用して、ＢＥＳＳ３の必要とされるエネルギー定格を下げるか、または、両方の制御方法で同じエネルギー定格を仮定して、複数のイベントの平均ＤｏＤレベルを下げることができる。ＤｏＤの大きいサイクルで寿命が著しく低下するので、平均ＤｏＤが低くエネルギースループットが低いと、バッテリの寿命が長くなる。

しかし現実には、ＲＥＳ電力予測は、一般に完璧ではない。先行技術のＦＣＲＲ法は、予測誤差の影響を非常に受けやすい。実際、ＦＣＲＲ_ｆｐ法は、現実的な予測誤差が存在する場合に、ＳＴＤＲＲ法よりもパフォーマンスが悪くなることがある。これにより、ＥＳＳ３のエネルギースループットが著しく増大する。

本開示によれば、エネルギースループットを減少させるステップは、予測ホライズン内で違反が予測された場合にのみ、ＦＣＲＲ_ｆｐ法を使用することである。それ以外の場合は、ＳＴＤＲＲ法が使用される。この方法の組み合わせを、本明細書ではＦＣＲＲ_ｆｂ−ＳＴＤＲＲと表示する。

この修正の効果が、図７に示されており、図７は、２分間の長さの電力ランプを示している。この場合には、予測は、丸１分ごとに実行される。さまざまな方法について予測された電力出力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}と実際の電力出力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}とを示している左側のグラフに示されているように、現実の（現在の）電力Ｐ_ＲＥＳ（実線）は、ランプレート制限（点線）に違反していない。しかし、Ｐ_ＲＥＳ予測（鎖線）は、将来のランプレートの違反を示している。この場合、Ｐ_{ＲＥＳ，ｆ}の値は、予測線から取られる。ＦＣＲＲ_ｆｐ法を使用する場合、Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}は、毎回予測に従う。この結果、ＥＳＳ状態の変化を示す右側のグラフに示すように、ＥＳＳ３のエネルギーが連続的に減少する。ランピング違反が予期されるときにのみ、ＦＣＲＲ_ｆｐ法が使用される場合、（予測によると）ランピングの終わりに、ＳＴＤＲＲ法が引き継いで、ＦＣＲＲ_ｆｂ−ＳＴＤＲＲ（長い破線）によって示されるように、代わりにＰ_{Ｐｌａｎｔ}はＰ_ＲＥＳに従い始める。それゆえ、ＥＳＳ状態の変化が、著しく減少する。

あるいは、式（３）におけるＣ（ｔ）の最小化が、将来のプラント電力Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}を決定する代わりに、将来のＥＳＳ電力Ｐ_ＥＳＳを決定するために、使用されてもよい。ＦＣＲＲ_ｆｂと表示されるこの方法においても、予測は、ランプ違反が予測されるときにのみ使用され、そうでない場合はＳＴＤＲＲ法が使用されてもよい。ＦＣＲＲ_ｆｂ法は、予測誤差に対する感度が低くなり得る。

ＦＣＲＲ_ｆｂ法が、図８に示すように、図７と同じ仕方でテストされた。電力応答Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}および対応するＥＳＳ状態の変化が、それぞれ図の左側および右側に、同じ仕方で示されている。ＦＣＲＲ_ｆｂ法（短い破線）は、ＦＣＲＲ_ｆｐ−ＳＴＤＲＲ法（長い破線）よりも著しく少ないエネルギースループットをもたらすことが分かる。ＦＣＲＲ_ｆｂ法は、この場合、ＦＣＲＲ_ｆｐ−ＳＴＤＲＲ法と比較してエネルギースループットを約半分にする。

ＦＣＲＲ_ｆｂ法は、図８に示すように、ＦＣＲＲ_ｆｐ−ＳＴＤＲＲ法と比較して、ＥＳＳのエネルギースループットを低下させる。ＥＳＳエネルギースループットをさらに低下させるために、さらなる修正を行うことができる。直近のＰ_ＲＥＳ予測更新時に、予期される最適なＥＳＳ電力を得るために、式（３）のコスト関数の最小化を実行することに加えて、標準ランプレート制御方法ＳＴＤＲＲが、当該所与の予測に対して実行されてもよい。Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}のこの２つのオプションの曲線が比較され、曲線が所定の制限εを超えて異なる時間間隔では、ＦＣＲＲ_ｆｂによって与えられるＥＳＳ電力が使用される。残りの時間間隔については、ＳＴＤＲＲ法を用いることができる。この方法は、ＦＣＲＲ_ｆｂｍと表示される。この修正の動機の１つは、実際には必要でないときに予測方法が使用されるのを回避するために、予測されるランプ違反について一定の大きさおよび持続時間が要求され、これにより、予測の不正確さに起因する不要なＥＳＳの動作を回避することである。

ＦＣＲＲ_ｆｂｍ法もまた、図９に示すように、図７および図８と同じ仕方で使用された。電力応答Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}および対応するＥＳＳ状態の変化が、それぞれ図の左側および右側に、同じ仕方で示されている。ＦＣＲＲ_ｆｂｍ法は、ＦＣＲＲ_ｆｂ法よりも著しく少ないＥＳＳエネルギースループットをもたらすことが、図９から分かる。左側のグラフにおいて、ＦＣＲＲ_ｆｂｍ法の線は、現在のＰ_ＲＥＳの線（実線）と交差するまで、ＦＣＲＲ_ｆｂ法の線に従い、その後、前記現在のＰ_ＲＥＳの線に従う。結果として、右側のグラフにおいて、ＦＣＲＲ_ｆｂｍ法の線は、約−０．０２に達するまで、ＦＣＲＲ_ｆｂ法の線に従い、その後、ＦＣＲＲ_ｆｂｍ法の線は、−０．０２で一定のままである。

ロバスト制御（ＲＣ）と呼ばれるランプレート制御のための本方法の別の修正もまた、開発された。ＦＣＲＲ法と同様に、ＲＥＳ電力予測を使用して、電力ランピングイベントに対して準備する。制御システムの方式を図１０に示す。この方式は、ＲＥＳ電力の分散と予測精度に応じて、いくつかのシナリオでは有利かもしれない。

ＲＣ法では、標準ランプレート制御方法ＳＴＤＲＲが、所与の予測ホライズンに対して実行され、予測ホライズンの終わりにおけるＳｏＣ設定点ＳｏＣ_ｒｅｆからのＥＳＳ充電状態（ＳｏＣ）の対応する予測偏差が、計算される（図１０の上部）。予測偏差ΔＳｏＣ（ｔ＋ｔｆ）が、ＥＳＳ３を制御するために使用される（図１０の下部）。しかし、この場合、比例ゲインＫは、予測に依存する。

ここで、ｔ_ｖは、ランプレート違反の時刻であり、ｔ_ｖは、０とｔ_ｆの間の値を取る。係数ｋは、制御の積極性を定義する。ランプレート違反が予測される場合、早い違反が予測される（ｔ_ｖが小さくなる）ほど、制御装置ゲインＫが、大きくなる。ランプレート違反が予測されない場合、制御装置ゲインは、係数ｋに等しい。

ｋの値は、制御装置４の性能において重要な役割を果たす。ｋの値が小さい場合、制御作用は小さいが、予測誤差に対する制御感度が小さい。ｋ→０のとき、ＲＣ法は、ＳＴＤＲＲ制御法に近づく。他方、ｋの値が増加すると、制御は、より積極的に作用し、予測誤差に対する制御の感度が増加する。ｋ値の選択の効果が、図１１に示されており、０．１ｐ．ｕ／分のランプレート制限を有するランプアップイベントが、示されている。この図は、ＦＣＲＲ_ｆｐ法を使用した場合の電力応答も示している。ここでは、理想的な予測が仮定されている。図１１は、ｋ＝０のときにＲＣ法がＳＴＤＲＲ法のように働く様子を示している。

ｋ＝０．１のとき、ＲＣ法は、ＥＳＳ３を放電することによって、次のランプに反応する。ランピングの間、ＥＳＳ３は、最初のＳｏＣより大きいＳｏＣへ充電される。ランピング後、ＲＣは、エネルギーを放出することによって、ＳｏＣを設定点に戻す。図１１はまた、電力予測が理想的である場合に、ＦＣＲＲ_ｆｐ法が、ＲＣ法よりも少ないエネルギースループットをもたらす様子を示す。実際、予測が理想的である場合、他の方法では、ＦＣＲＲ_ｆｐ法よりも少ないＥＳＳエネルギースループットをもたらすことはできない。しかし、前述のように、予測は、しばしば理想的ではない。

本発明の方法の実施形態は、ＥＳＳ３のエネルギースループットを最小にするように設計された。そうすることで、より少ないエネルギー貯蔵容量を使用することが可能になり、ＥＳＳに関連する損失が減少する。さらに、ＥＳＳがＢＥＳＳである場合、エネルギースループットを最小限に抑えることにより、バッテリ寿命も長くなる。

提案された制御方法の利点は、より良い予測精度と、より厳しいランプレート制限において増加する。利用可能な予測方法の場合、１０分の予測において３％から５％の間の風力予測誤差が現実的であることが判明した。最大ＢＥＳＳ電力必要量は、提案された方法の実施形態において、シミュレーション結果に従って減少され得る。さらに、エネルギー対電力比が、大幅に低減され得る。このことは、実際には、より少ないエネルギー容量を有するバッテリが使用され得ることを意味する。さらに、バッテリのサイクル劣化が、低減され得る。

好都合には、本発明の実施形態は、本開示の教示に従ってプログラムされた１つ以上のプロセッサ、メモリ、および／またはコンピュータ可読記憶媒体を含む、１つ以上の従来の汎用または専用のデジタルコンピュータ、コンピューティングデバイス、マシン、またはマイクロプロセッサを使用して実施することができる。ソフトウェア分野の当業者には明らかであるように、適切なソフトウェアコーディングが、本開示の教示に基づいて、熟練したプログラマによって容易に作成され得る。

いくつかの実施形態では、本発明は、本発明の方法／プロセスのいずれかを実行するようにコンピュータをプログラムするために使用することができる命令（ソフトウェア）が格納された非一時的記憶媒体またはコンピュータ可読媒体（複数可）であるコンピュータプログラム製品を含む。記憶媒体の例としては、フロッピーディスク、光ディスク、ＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、マイクロドライブ、および光磁気ディスクを含む任意のタイプのディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＤＲＡＭ、ＶＲＡＭ、フラッシュメモリデバイス、磁気または光カード、ナノシステム（分子メモリＩＣを含む）、または命令および／またはデータを格納するのに適した任意のタイプの媒体またはデバイスを含むことができるが、これらに限定されない。

本開示は、主に、いくつかの実施形態を参照して上述された。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、上記で開示されたもの以外の他の実施形態が、添付の特許請求の範囲によって定められるような本開示の範囲内で、同等に可能である。

Claims (11)

1. 送電網との系統連系点ＰＣＣへの発電プラント（１）のプラント有効電力出力（Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}）のランプレートを制御する方法であって、
   前記発電プラントに含まれる再生可能エネルギー源ＲＥＳ（２）の現在のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）に関する情報を取得すること（Ｓ１）と、
   気象センサ（５）からの入力信号に基づいて、所定の将来の期間中の将来のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）を予測すること（Ｓ２）と、
   取得された（Ｓ１）現在のＲＥＳ有効電力出力の情報および予測された（Ｓ２）ＲＥＳ有効電力出力に基づいて、前記所定の期間中のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）の予期されるランプレートが、任意の所与の時点においてＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）と前記発電プラントに含まれるエネルギー貯蔵システムＥＳＳ（３）のＥＳＳ有効電力出力（Ｐ_ＥＳＳ）との組み合わせであるプラント有効電力出力（Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}）の、所定の最大ランプレート制限（ｒ_ｌ）を超えるかどうかを、判定すること（Ｓ３）と、
   前記予期されるランプレートが前記所定の期間中に前記所定の最大ランプレート制限を超えると判定された（Ｓ３）ときに、前記予測された将来のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）に基づく第１の制御方法（ＦＣＲＲ）を選択し（Ｓ４）、前記予期されるランプレートが前記所定の期間中に前記所定の最大ランプレート制限を超えないと判定された（Ｓ３）ときに、前記予測された将来のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）に基づかない第２の制御方法（ＳＴＤＲＲ）を選択すること（Ｓ４）と、
   選択された第１および第２の制御方法を使用して、プラント有効電力出力（Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}）のランプレートが前記所定の期間中に前記所定の最大ランプレート制限未満に保たれるように、ＥＳＳ有効電力出力（Ｐ_ＥＳＳ）を制御するためのＥＳＳ制御信号を生成すること（Ｓ５）と
   を含む方法。
2. 前記センサ（５）が、前記発電プラント（１）から離れて配置される、請求項１に記載の方法。
3. 前記予測が、日射または風速のセンサ（５）からの入力信号に基づく、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記予測が、過去のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）の数値解析に基づく、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１の制御方法（ＦＣＲＲ）が、前記所定の期間中にＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）を低減するためのＲＥＳ制御信号を生成することを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１の制御方法（ＦＣＲＲ）が、下記式によって与えられる、時間ｔのコスト関数Ｃ（ｔ）を最小化することを含み、
   

   

   制約条件
   

   

   上記式において、Ｐ_{ＲＥＳ，ｆｃ}はＲＥＳ有効電力出力Ｐ_ＲＥＳの予測値であり、ｔ_ｆは前記所定の期間の長さであり、ｒ_ｌはランプレート制限である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第１の制御方法（ＦＣＲＲ）が、ゲイン（Ｋ）を利用することを含み、前記予期されるランプレートが前記最大ランプレート制限（ｒ_ｌ）を超える場合に、前記ゲイン（Ｋ）が、係数（ｋ）ならびに前記所定の期間の長さ（ｔ_ｆ）および前記予期されるランプレートが前記最大ランプレート制限を超える時間（ｔ_ｖ）に依存し、前記予期されるランプレートが前記最大ランプレート制限を超えない場合に、前記ゲイン（Ｋ）が、前記係数（ｋ）に等しい、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記方法が、前記所定の期間の長さよりも短い周期で周期的に実行される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記所定の期間が、１時間未満の長さ、例えば１分または１０分から１時間までの範囲内の長さを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. コンピュータ実行可能なコンポーネントが、制御装置（４）に含まれるプロセッサ回路で実行されるとき、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を前記制御装置（４）に実行させる前記コンピュータ実行可能なコンポーネントを含むコンピュータプログラム。
11. 送電網との系統連系点ＰＣＣへの発電プラント（１）のプラント有効電力出力（Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}）のランプレートを制御する制御装置（４）であって、前記制御装置が、
    プロセッサ回路と、
    前記プロセッサ回路によって実行可能なソフトウェアを記憶する記憶装置と
    を備え、それによって前記制御装置が、
    前記発電プラントに含まれる再生可能エネルギー源ＲＥＳ（２）の現在のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）に関する情報を取得し、
    気象センサ（５）からの入力信号に基づいて、所定の将来の期間中の将来のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）を予測し、
    取得された現在のＲＥＳ有効電力出力の情報および予測されたＲＥＳ有効電力出力に基づいて、前記所定の期間中のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）の予期されるランプレートが、任意の所与の時点においてＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）と前記発電プラントに含まれるエネルギー貯蔵システムＥＳＳ（３）のＥＳＳ有効電力出力（Ｐ_ＥＳＳ）との組み合わせであるプラント有効電力出力（Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}）の、所定の最大ランプレート制限を超えるかどうかを、判定し、
    前記予期されるランプレートが前記所定の期間中に前記所定の最大ランプレート制限を超えると判定されたときに、前記予測された将来のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）に基づく第１の制御方法（ＦＣＲＲ）を選択し、前記予期されるランプレートが前記所定の期間中に前記所定の最大ランプレート制限を超えないと判定されたときに、前記予測された将来のＲＥＳ有効電力出力（Ｐ_ＲＥＳ）に基づかない第２の制御方法（ＳＴＤＲＲ）を選択し、
    選択された第１または第２の制御方法を使用して、プラント有効電力出力（Ｐ_{Ｐｌａｎｔ}）のランプレートが前記所定の期間中に前記所定の最大ランプレート制限未満に保たれるように、ＥＳＳ有効電力出力（Ｐ_ＥＳＳ）を制御するためのＥＳＳ制御信号を生成する
    ように動作する、制御装置（４）。

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