JP6517618B2 - 発電所の電力制御装置及び電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、発電所の電力制御装置及び電力制御方法に関する。

再生可能エネルギー発電装置や蓄電装置を適用する分野の多様化、そして、これらの装置を適用する方法の多様化が様々な形態で進んでいる。火力発電所内に再生可能エネルギー発電装置や蓄電装置を設置する、火力発電プラントの運用方法についても様々な提案がされている。

例えば、再生可能エネルギーを利用することにより、火力発電所の電力の安定供給を行うことを目的として、火力発電所内に太陽光発電装置と蓄電装置を設置する提案や、火力発電所内に風力発電装置を設置する提案などがある。

一方で、火力発電所内で火力発電所の運転をするために消費する電力である所内負荷が比較的大きくなる場合がある。このような場合、この所内負荷を補うために、発電機の発電出力の一部を所内負荷へ供給することにより、結果として火力発電所全体としての効率を低下させてしまうこともある。そのような状況の下では、比較的大きな所内負荷を持つ火力発電所においても発電効率を上げることが望まれている。

また、電力系統への再生可能エネルギーの導入が進む中、従来以上に火力発電プラントを需給調整に貢献させることも望まれている。

特開２０１４−２００１２０号公報 特開２００８−２８９２２２号公報

しかしながら、これまでの技術は、火力発電所の電力の安定供給を行うことを目的としたものではあるものの、火力発電所の発電効率の向上や外部からの電力の供給指令に対する応答の高速化を目的としているものではない。

そこで、本発明の実施形態は、発電所内に再生可能エネルギー発電装置と蓄電装置を設け、発電所の出力効率を向上することができる電力制御装置及び電力制御方法を提供する。

さらに、本発明の実施形態は、発電所外部から出力電力の調整が求められる場合に、発電所内に備えた蓄電装置の充放電の制御を行うこと、あるいは、出力調整可能な再生可能エネルギー発電装置の出力の調整を行うことにより、当該出力電力の調整に対して高速な応答が可能となる電力制御装置及び電力制御方法を提供する。

本発明の実施形態に係る電力制御装置は、
発電機と、再生可能エネルギー発電装置と、蓄電装置とを備える発電所の電力を制御する電力制御装置であって、
発電出力効率制御部と、蓄電装置充放電電力指令値送信部と、を備え、
前記発電出力効率制御部は、
前記発電機の出力電力値を受信する発電機出力電力受信部と、
前記発電出力電力受信部が受信した前記発電機の出力電力値と、予め設定された目標効率値とに基づいて見かけ上の所内負荷電力値の目標値を設定する目標電力値設定部と、
前記発電所の所内で消費される電力である所内負荷電力値を受信する所内負荷電力受信部と、
前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値を受信する再エネ出力電力受信部と、
前記見かけ上の所内負荷電力値の目標値と、前記所内負荷電力値と、前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値とに基づいて、前記蓄電装置の充放電電力指令値を算出する蓄電装置充放電電力指令値算出部と、を備え、
前記蓄電装置充放電電力指令値送信部は、前記蓄電装置の充放電電力指令値を前記蓄電装置へ送信する。

また、本発明の別の実施形態に係る電力制御装置は、
発電機と、再生可能エネルギー発電装置と、蓄電装置とを備える発電所の電力を制御する電力制御装置であって、
充放電制御部と、蓄電装置充放電電力指令値送信部と、を備え、
前記充放電制御部は、
前記発電機の出力応答特性を設定する発電機応答特性設定部と、
前記発電所の出力調整信号を受信する出力調整信号受信部と、
前記発電機応答特性設定部が設定した前記発電機の前記出力応答特性と、前記出力調整信号受信部が受信した前記出力調整信号とに基づいて、前記蓄電装置の充放電を行う必要があるか否かを判断する蓄電装置充放電判断部と、
前記蓄電装置充放電判断部において前記蓄電装置の充放電が必要と判断された場合に用いられる蓄電装置の充放電電力指令値を算出する蓄電装置制御部と、を備え、
前記蓄電装置充放電電力指令値送信部は、前記蓄電装置制御部で算出された前記蓄電装置の充放電電力指令値を前記蓄電装置へ送信する。

さらに、本発明の実施形態に係る電力制御方法は、
発電機と、再生可能エネルギー発電装置と、蓄電装置とを備える発電所の電力を制御する電力制御方法であって、
前記発電機の出力電力値を受信する発電機出力電力受信ステップと、
前記発電出力電力受信ステップで受信した前記発電機の出力電力値と、予め設定された目標効率値とに基づいて、見かけ上の所内負荷電力値の目標値を設定する目標電力値設定ステップと、
前記発電所の所内で消費される電力である所内負荷電力値を受信する所内負荷電力受信ステップと、
前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値を受信する再エネ出力電力受信ステップと、
前記見かけ上の所内負荷電力値の目標値と、前期所内負荷電力値と、前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値とに基づいて、前記蓄電装置の充放電電力指令値を算出する蓄電装置充放電電力指令値算出ステップと、
前記蓄電装置の充放電電力指令値を前記蓄電装置へ送信する蓄電装置充放電電力指令値送信ステップと、を備える。

さらにまた、本発明の別の実施形態に係る電力制御方法は、
発電機と、再生可能エネルギー発電装置と、蓄電装置とを備える発電所の電力を制御する電力制御方法であって、
前記発電機の出力応答特性を設定する発電機応答特性設定ステップと、
前記発電所の出力調整信号を受信する出力調整信号受信ステップと、
前記発電機応答特性設定ステップで設定した前記発電機の前記出力応答特性と、前記出力調整信号受信ステップで受信した前記出力調整信号とに基づいて、前記蓄電装置の充放電を行う必要があるか否かを判断する蓄電装置充放電判断ステップと、
前記蓄電装置充放電判断ステップにおいて前記蓄電装置の充放電が必要と判断された場合に用いられる蓄電装置充放電電力指令値を算出する蓄電装置制御ステップと、
前記蓄電装置制御ステップで算出された前記蓄電装置の充放電電力指令値を前記蓄電装置へ送信するステップと、を備える。

本発明によれば、発電所の出力効率の向上及び高速な応答が可能となる電力制御装置及び電力制御方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る火力発電所を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態に係る電力制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は、第１実施形態に係る充放電電力指令値算出の例を示す図である。 図４は、第２実施形態に係る電力制御装置の構成を示すブロック図である。 図５は、第２実施形態に係る蓄電装置の出力制御の例を示す図である。 図６は、第２実施形態に係る充放電電力指令値算出の例を示す図である。 図７は、第３実施形態に係る電力制御装置の構成を示すブロック図である。 図８は、第４実施形態に係る電力制御装置の構成を示すブロック図である。 図９は、第４実施形態に係る電力制御装置の一例の動作を示すフローチャートである。 図１０は、第４実施形態に係る電力制御装置の別の例の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る電力制御装置は、再生可能エネルギー発電装置の出力電力値と所内負荷電力量に基づいて、目標とする電力値を算出し、火力発電所の出力電力がこの目標とする電力値となるように蓄電装置から充放電を行うことによって、火力発電プラントの出力効率を向上することを可能としたものである。より詳しくを、以下に説明する。

本実施形態に係る電力制御装置５０について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形態に係る電力制御装置５０の利用態様の一例であり、この電力制御装置５０を利用した火力発電所１の構成を示すブロック図である。

図１において、火力発電所１内の発電機１０、火力発電所内の所内負荷２０、火力発電所内の再生可能エネルギー発電装置３０、火力発電所内の蓄電装置４０、そして、火力発電所の電力制御装置５０が示されている。

すなわち、火力発電所１は、発電機１０と、再生可能エネルギー発電装置３０と、蓄電装置４０と、電力制御装置５０とを備えている。火力発電所１の出力する電力（Ｐ_Ｓ）は、発電機１０、再生可能エネルギー発電装置３０、蓄電装置４０によって出力される電力と所内負荷２０によって消費される電力により決まる。

発電機１０は、石炭、石油、天然ガスといった化石燃料や廃棄物を燃焼することにより得られる熱エネルギーを電力へ変換するための設備である。発電機１０は、比較的安定した出力を保つことができ、火力発電所１の発電は主に発電機１０により行われている。

所内負荷２０は、火力発電所内で消費される電力であり、発電機１０を稼働させるために必要な電力その他の火力発電所を運転するために必要な電力である。主に発電機１０が発電した電力により、この所内負荷２０で消費される電力が補われる。

再生可能エネルギー発電装置３０は、自然の力を用いた発電装置であり、所謂太陽光発電や風力発電と言った発電をするための装置である。本実施形態においては、例えば太陽光発電装置が挙げられるが、これに限られず、風力発電装置であってもよいし、地熱発電装置であってもよいし、その他の再生可能エネルギーを利用した発電装置であれば何でもよい。

蓄電装置４０は、出力電力値に余裕があるときには充電をし、必要に応じて適宜放電をすることにより、火力発電所１全体としての電力供給を補助するものである。本実施形態においては、電力制御装置５０の指令値に従い充放電をし、出力効率の向上を図る。具体的には、電力制御装置５０は、火力発電所１の所内の発電機１０の出力電力（Ｐ_Ｇ）と、所内負荷２０（Ｐ_Ｌ）と、再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力値（Ｐ_Ｒ）と、を用いて蓄電装置４０の充放電指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を算出し、蓄電装置４０を制御することにより火力発電所１の出力電力の効率の向上を図る。

図２は、本実施形態に係る電力制御装置５０の構成を示すブロック図である。この図２に示している通り、電力制御装置５０は、発電出力効率制御部５１と、蓄電装置充放電電力指令値送信部５２と、を備えて構成される。発電出力効率制御部５１は、火力発電所の発電出力の効率を向上させるために、蓄電装置充放電電力指令値を算出するためのものである。この発電出力効率制御部５１は、火力発電機出力電力受信部５１１と、所内負荷電力受信部５１２と、再エネ出力電力受信部５１３と、目標電力値設定部５１４と、蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５と、を備えて構成される。以下図１及び図２を用いて各構成要素について説明をする。

火力発電機出力電力受信部５１１は、発電機１０から、発電機１０が現在出力している電力値を受信する受信部である。同様に、所内負荷電力受信部５１２は、現在の所内負荷２０の値を、再エネ出力電力受信部５１３は、再生可能エネルギー発電装置３０が現在出力している電力値を受信する受信部である。なお、この火力発電機出力電力受信部５１１が火力発電所１における発電機出力電力受信部を構成する。

目標電力値設定部５１４には、予め火力発電所１の出力電力の目標効率値（η_＿ｒｅｆ）が設定され、その値が保持されている。そして、目標電力値設定部５１４は、この目標効率値（η_＿ｒｅｆ）に基づいて、見かけ上の所内電力の目標値を算出する。蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５は、見かけ上の所内負荷電力が目標値となるように、蓄電装置４０の充放電電力指令値を算出する。蓄電装置充放電電力指令値送信部５２は、蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５において算出された充放電電力指令値を蓄電装置へ伝達するための送信部である。

以上が本実施形態に係る電力制御装置５０の構成に関する説明であるが、次に、本実施形態に係る電力制御装置５０の作用について、図１乃至図３を用いて説明する。

まず、火力発電機出力電力受信部５１１は、発電機１０から発電機１０が現在出力している電力値（Ｐ_Ｇ）を受信する。そして、受信した現在の発電機１０の出力発電値（Ｐ_Ｇ）を目標電力値設定部５１４へ伝達する。一方、所内負荷電力受信部５１２は、火力発電所内で計測されている所内負荷２０の現在の負荷電力値（Ｐ_Ｌ）を受信し、受信した所内負荷２０の負荷電力値（Ｐ_Ｌ）を蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５へ伝達する。同様に、再エネ出力電力受信部５１３は、再生可能エネルギー発電装置３０の現在の出力電力値（Ｐ_Ｒ）を受信し、受信した再生可能エネルギー発電装置３０の現在の出力電力値（Ｐ_Ｒ）を蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５へ伝達する。

目標電力値設定部５１４は、火力発電機出力電力受信部５１１から伝達された発電機１０の現在の出力電力値（Ｐ_Ｇ）と、予め目標電力値設定部５１４に設定されている火力発電所１の目標効率値（η__ｒｅｆ［％］）に基づいて、見かけ上の所内負荷電力の目標値（Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}）を算出し、算出した見かけ上の所内負荷電力の目標値（Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}）を蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５へ伝達する。ここで、見かけ上の所内負荷電力の目標値（Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}）は、以下の式（１）で求められる。

Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}＝Ｐ_Ｇ×（１−η__ｒｅｆ／１００） （１）
なお、火力発電所１の実際の効率値は、火力発電所１全体の出力電力値（Ｐ_Ｓ）と、発電機１０の出力電力値（Ｐ_Ｇ）の比であり、
η［％］＝Ｐ_Ｓ／Ｐ_Ｇ×１００ （２）
と、与えられる。

蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５は、所内負荷電力受信部５１２から伝達された所内負荷２０の現在の負荷電力値（Ｐ_Ｌ）と、再エネ出力電力受信部５１３から伝達された再生可能エネルギー発電装置３０の現在の出力電力値（Ｐ_Ｒ）と、目標電力値設定部５１４から伝達された見かけ上の所内負荷電力の目標値（Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}）とに基づいて、見かけ上の所内負荷電力（Ｐ_Ｔ）が、目標値となるように蓄電装置４０の充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を算出する。言い換えると、上記火力発電所１の実際の効率値（η）を上述した火力発電所１の目標効率値（η__ｒｅｆ）に近づけるように充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を算出する。ここで、蓄電装置の充放電電力（Ｐ_ＢＡＴ）を、放電する時に正の値（＋）、充電するときに負の値（−）となるように定義すると、見かけ上の所内負荷電力（Ｐ_Ｔ）は、
Ｐ_Ｔ＝Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｒ＋Ｐ_ＢＡＴ （３）
と、定義される。

見かけ上の所内負荷電力値（Ｐ_Ｔ）を見かけ上の所内負荷電力の目標値（Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}）へ近づけるために、蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５は例えば図３のような算出方法により蓄電装置４０の充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を算出する。Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｒの値は、その時々によって値の変動が大きいので、瞬間的に非常に大きな値になったり、逆に非常に小さな値になったりする。そこで、式（３）にしたがい単純にＰ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}＝Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}−（Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｒ）とするのではなく、図３に示しているとおり、Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｒの値の平準化を行った上で充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）の算出をする。蓄電装置４０の充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）をＰ_Ｌ−Ｐ_Ｒに併せて大きく変動させてしまうと、火力発電所１が供給する電力も同様に大きく変動してしまうので、電力の安定供給という点から適当ではないためである。

図３（ａ）に示す第１の例では、Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｒの値に対して、平準化として一次遅れ要素を考慮することにより充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を算出する。すなわち、時間ｔの関数であるＰ_Ｌ−Ｐ_Ｒに対して、一次遅れ要素の時定数をＴとし、
Ｔ・ｄ（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}−Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}）／ｄｔ＋Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}−Ｐ_{Ｔ＿ｒｅｆ}＝Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｒ （４）
の一次遅れ系で算出する。別の言い方をすると、図３（ａ）に示されているとおり、伝達関数を１／（１＋Ｔｓ）とした一次遅れ系により、Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}を算出する。

また、別な例として、図３（ｂ）に示す第２の例では、Ｐ_Ｌ−Ｐ_Ｒの値に対して、平準化として移動平均処理を行うことにより、充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を算出する。ここで言う移動平均処理とは、所定時間前から現在までのＰ_Ｌ−Ｐ_Ｒの時間平均の値を求める処理のことを言う。

再び図２に戻り、蓄電装置４０の充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）が算出されると、蓄電装置充放電電力指令値算出部５１５は算出された蓄電装置４０の充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を蓄電装置充放電電力指令値送信部５２へ伝達する。蓄電装置充放電電力指令値送信部５２は、伝達された蓄電装置４０の充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を蓄電装置４０へ、有線あるいは無線などによる通信手段により蓄電装置４０へ送信する。この充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）の送信は、一定周期で行ってもよいし、常時行っていてもよい。蓄電装置４は受信した充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）にしたがい、充放電を行う。

以上のように、本実施形態によれば、火力発電所１内の所内負荷電力値や再生可能エネルギーの出力電力値が変化した場合においても、火力発電プラントの出力効率を目標とする効率に維持する運用が可能となることから、火力発電プラントの出力効率を向上することができる。

常時ほぼ一定値で安定している発電機１０からの出力電力（Ｐ_Ｇ）に対して、所内負荷２０の負荷電力値（Ｐ_Ｌ）や再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力値（Ｐ_Ｒ）は、安定していない。しかしながら、本実施形態に係る電力制御装置５０からの指令により蓄電装置４０の充放電をすることにより、出力の安定化はもちろん、出力効率を向上することができる。すなわち、変動の大きいＰ_ＬやＰ_Ｒの値をそのまま蓄電装置４０の充放電電力指令値とするのではなく、平準化を行うことによって、制御が過剰となる無駄な充放電を防ぐことが可能となる。そして、実際の火力発電所１の効率値（η）が目標効率値（η_＿ｒｅｆ）へとなるように、蓄電装置４０の充放電を効率よく行うことが可能となる。この結果、火力発電所１としての出力の安定性の向上のみならず、火力発電所１の出力効率の向上を図ることができる。

なお、蓄電装置充放電電力指令値（Ｐ_{ＢＡＴ＿ｒｅｆ}）を求める際の平準化については、例として、図３の（ａ）の一次遅れ系による処理、及び（ｂ）の移動平均処理を挙げたが、この平準化手法はこれらの例に限られず、本実施形態の効果を得られるような平準化をする手法であればどのような手法であっても構わない。

（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、電力制御装置５０によって火力発電所１の出力効率の向上を図る構成の例を説明したが、第２実施形態においては火力発電所１に対して外部から出力電力の調整指令を受信した際に、この調整指令に対して高速に応答をすることができる電力制御装置５０の構成について説明する。以下、上述した第１実施形態と異なる部分について図４乃至図６を用いて詳しく説明する。なお、第１実施形態と同様に火力発電所１の構成は図１に示す通りである。

図４は、本実施形態に係る電力制御装置５０を示すブロック図である。本実施形態に係る電力制御装置５０は、充放電制御部５３と上記第１実施形態で示した蓄電装置充放電電力指令値送信部５２とを備えている。充放電制御部５３は、火力発電所１の外部からの要求に対する応答の高速化をするために、蓄電装置充放電電力指令値を算出するためのものである。この充放電制御部５３は、火力機応答特性設定部５３１と、出力調整信号受信部５３２と、蓄電装置充放電判断部５３３と、蓄電装置制御部５３４とを備えている。

火力機応答特性設定部５３１は、火力発電所内の発電機１０の出力応答特性を予め設定、保持している。出力調整信号受信部５３２は、火力発電所外部などから要求される火力発電所の出力調整指令を受信するものである。なお、この火力機応答特性設定部５３１が火力発電所１における発電機応答特性設定部を構成する。

蓄電装置充放電判断部５３３は、火力機応答特性設定部５３１が設定した出力応答特性値と出力調整信号受信部５３２が受信した出力調整指令値とに基づいて、要求された出力調整量を達成するために蓄電装置４０の充放電を行う必要があるか否かを判断する。そして、蓄電装置制御部５３４は、蓄電装置４０の蓄電装置充放電判断部５３３において、蓄電装置４０の充放電が必要と判断された場合に蓄電装置の充放電指令値を算出するものである。

以上が本実施形態に係る電力制御装置５０の構成に関する説明であるが、次に、本実施形態に係る電力制御装置５０の作用について、図１及び図４乃至図６を用いて説明する。

図５は、本実施形態に係る蓄電装置の出力制御の一例を示す図であり、縦軸には出力電力をとり、横軸には時間をとった出力電力の遷移を表すグラフである。図６は、本実施形態に係る充放電電力指令値算出の例を示す図である。

まず、図４に示す火力機応答特性設定部５３１で設定、保持されている出力応答特性とは、例えば単位時間あたりの出力増加可能量（ＭＷ／分）や、単位時間あたりの出力減少可能量（ＭＷ／分）である。すなわち、発電機１０が出力の変更指示に従い出力の増減をすることのできる応答特性値である。火力機応答特性値設定部５３１はこの設定、保持されている出力応答特性を蓄電装置充放電判断部５３３へ伝達する。火力調整信号受信部５３２は、火力発電所１外部から、例えば１分後までに火力発電所１の出力を１００ＭＷ増加させる（＋１００ＭＷ／分）、と言った出力調整信号を受信する。そして、出力調整信号受信部５３２は、受信した出力調整指令値を蓄電装置充放電判断部５３３へ伝達する。

火力機応答特性設定部５３１から伝達された応答特性値と、出力調整信号受信部５３２から伝達された出力調整指令値とに基づいて、蓄電装置充放電判断部５３３は、要求された出力調整量を達成するために蓄電装置４０の充放電を行う必要があるか否かを判断する。蓄電装置４０の充放電を行う必要があるか否かは、以下のように判断される。すなわち、蓄電装置充放電判断部５３３は、要求された出力調整値が発電機１０の出力応答特性値より大きい場合には、蓄電装置４０の放電が必要であり、逆に、要求された出力調整値が発電機１０の出力応答特性値以下の場合には、蓄電装置４０の放電が不要である、と判断する。

例えば、火力機応答特性設定部５３１から伝達された出力応答特性が４０ＭＷ／分であり、出力調整信号受信部５３２から伝達された出力調整指令値が１００ＭＷ／分であったとすると、蓄電装置４０の放電が必要であると判断する。一方で、出力応答特性が４０ＭＷ／分であり、出力調整指令値が３０ＭＷ／分であったとすると、蓄電装置４０の放電が不要であると判断する。また、この場合は、蓄電装置４０を充電するように判断してもよい。蓄電装置充放電判断部５３３は、この判断結果を蓄電装置制御部５３４へ伝達する。

蓄電装置制御部５３４は、蓄電装置充放電判断部５３３において蓄電装置４０の充放電が必要と判断された場合に、蓄電装置４０の充放電指令値を算出し、算出された蓄電装置４０の充放電指令値を蓄電装置充放電電力指令値送信部５２へ伝達する。

例えば、現在の発電機１０の出力電力（Ｐ_Ｇ）が５０ＭＷ／分、発電機１０の出力応答特性が４０ＭＷ／分、火力発電所１の出力調整指令値が＋１００ＭＷ／分であるとすると、蓄電装置制御部５３４では、図５に示すような蓄電装置４０の充放電電力指令値を算出する。図５の区間Ａにおいては、要求される出力調整量（１００ＭＷ／分）を満足するために蓄電装置４０の充放電指令値を図６（ａ）のように算出して蓄電装置充放電電力指令値送信部５２へ伝達する。図５の区間Ｂにおいては、蓄電装置４０の充放電指令値を図６（ｂ）のように算出して蓄電装置充放電電力指令値送信部５２へ伝達する。

具体的には、区間Ａにおいては、１分間で１００ＭＷ／分の出力の増加をする必要があるので、発電機１０では応答することが困難な増加分である１００−４０＝６０ＭＷ／分を蓄電装置４０の放電を用いて１分間で補うように充放電指令値を算出する。言い換えると、１秒間で１ＭＷの増加が必要となるので、出力調整信号が届いてから現在までの時間（ｔ［秒］）の間で１ＭＷを積分した値、すなわちｔ秒後にはｔＭＷの出力をするように、充放電指令値が算出される。この場合、区間Ａにおける充放電指令値の最終的な値は、６０ＭＷとなる。区間Ｂにおいては、火力発電所１の出力電力値が１００ＭＷ／分に達しているので、蓄電装置４０の放電値を徐々に下げるように充放電指令値を算出する。まず、発電機１０のみで目標となる１００ＭＷの出力の増加をするためには、１００／４０＝２．５［分］が必要となるので、区間Ｂは、２．５−区間Ａの時間［分］＝２．５−１＝１．５［分］であることが分かる。すなわち、１．５分の間に蓄電装置４０の放電量が０ＭＷとなるように６０ＭＷから減少させるように充放電指令値を算出すればよい。または、区間Ｂにおいては、発電機１０の出力応答特性の分だけ火力発電所１の出力が上がっていくので、その発電機１０の出力特性と同じ値の電力値を６０ＭＷから減少させて充放電指令値を算出してもよい。なお、図６内の１／ｓは積分を伝達関数で表したものである。

蓄電装置制御部５３４は、上述した方法により算出された蓄電装置４０の充放電指令値を蓄電装置充放電電力指令値送信部５２へ伝達する。蓄電装置充放電電力指令値送信部５２は第１実施形態と同様に、伝達された充放電指令値を蓄電装置４０へ送信し、蓄電装置４０は、充放電指令値にしたがって充放電を行う。

なお、蓄電装置４０は、放電を行わないときは、必要に応じて火力発電所１の余剰電力を用いて充電を行う。例えば、出力調整信号受信部５３２が出力する電力を下げるような信号を受信したときや、出力調整信号を受信していないときに、蓄電装置４０は充電を行う。

以上のように本実施形態に係る電力制御装置５０によれば、火力発電所１の外部からの出力調整指令に対して、その出力応答を発電機１０の応答速度よりも高速化することが可能となり、従来以上に火力発電所１を電力の需給調整に貢献させることができる。火力発電所１の外部からの指令のうち発電機１０の応答特性では応答することが困難な出力電力の増減に対しても、蓄電装置４０が充放電指令値にしたがって充放電することにより、火力発電所１の外部からは、高速に応答しているように見せることが可能となる。

（第３実施形態）
上述した第２実施形態では、蓄電装置４０が充放電指令値にしたがい充放電することにより火力発電所１の外部からの見かけ上の応答を高速化する例について説明したが、第３実施形態においては、再生可能エネルギーを用いて蓄電装置４０の充電をすることにより火力発電所１の需給の調整をするものである。以下、上述した実施形態とは異なる部分について、図７を用いて詳しく説明する。なお、上述した実施形態と同様に火力発電所１の構成は図１に示す通りである。

図７は、本実施形態に係る電力制御装置５０の構成を示す図である。図７に示すように、本実施形態に係る電力制御装置５０は、蓄電装置充放電電力指令値送信部５２と、充放電制御部５３とを備える点においては、上述した第２実施形態と同様であるが、さらに、再生可能エネルギー出力抑制部５４と、再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部５５とを備える。再生可能エネルギー出力抑制部５４は、再生可能エネルギー発電装置３０からの出力を状況に応じて抑制する信号を伝達するための部分である。この再生可能エネルギー出力抑制部５４は、蓄電装置蓄電量把握部５４１と、再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２とを備えている。

蓄電装置蓄電量把握部５４１は、火力発電所１内の蓄電装置４０の現在の蓄電量を把握する部分である。再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２は、蓄電装置４０の現在の蓄電量に基づいて、火力発電所１内の再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を抑制するべきか否かを判断する部分である。

再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部５５は、再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２の判断に従い、火力発電所１内の再生可能エネルギー発電装置３０に出力する電力の抑制信号を発信するための部分である。

以上が本実施形態に係る電力制御装置５０の構成に関する説明であるが、次に、本実施形態に係る電力制御装置５０の作用について、図１及び図７を用いて説明する。

まず、蓄電装置蓄電量把握部５４１は、蓄電装置４０から発信される情報に基づいて蓄電装置４０の現在の蓄電量を把握する。例えば、蓄電装置４０が蓄電量の値そのものを発信している場合には、蓄電装置４０が発信している蓄電量の値をそのまま蓄電装置４０の現在の蓄電量として把握する。別の例として、蓄電装置４０が充放電電力値を発信している場合には、その充放電電力値を受信し、受信した充放電電力値の積分処理などによって蓄電量相当を算出して蓄電装置４０の現在の蓄電量を把握する。蓄電装置４０の発信する情報や、蓄電装置蓄電量把握部５４１が受信した情報から蓄電量を把握する方法は、上述したものに限られず、他にも様々に考えられるが、蓄電装置４０の現在の蓄電量が把握できるものであればどのようなものでもよい。蓄電装置蓄電量把握部５４１は、把握した蓄電装置４０の現在の蓄電量を再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２へ伝達する。

再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２は、蓄電装置蓄電量把握部５４１から伝達された蓄電装置４０の現在の蓄電量に基づいて、再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を抑制するべきか否かを判断し、判断結果を再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部５５へ伝達する。また、再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を抑制するべきと判断した場合には、再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部５５へその旨を伝達するとともに、蓄電装置４０の充放電電力指令値を０とするように蓄電装置制御部５３４へ伝達する。火力発電所１内の再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を抑制するべきか否かの判断は、例えば、蓄電装置４０の蓄電量が上限に達した場合に、再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を抑制するべきと判断する。なお、蓄電装置４０の蓄電量の上限値は予め任意に設定することができる。

再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部５５は、再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２から再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を抑制するべきと言う判断結果が伝達された場合に、再生可能エネルギー発電装置３０へ電力出力の抑制指令を発信する。

以下に、より具体的な例を挙げ、本実施形態に係る電力制御装置５０の作用の説明をする。例えば、火力発電所１の外部から出力調整信号受信部５３２へ出力する電力を減らす旨の指令が発信される場合を考える。まず、蓄電装置蓄電量把握部５４１は、受信した蓄電装置４０の蓄電量に関する情報から、蓄電装置４０の蓄電量を把握する。そして、蓄電装置蓄電量把握部５４１が把握している蓄電装置４０の蓄電量が上限に達していない場合、再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を全て蓄電装置４０へ充電するよう蓄電装置制御部５３４へ伝達する。再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を全て蓄電装置４０へ充電するよう指令を受けた蓄電装置制御部５３４は、再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を全て充電する充電指令値を生成し蓄電装置充放電電力指令値送信部５２を介して蓄電装置４０へ生成した充電指令値を発信する。このとき、再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２は、再生可能エネルギー発電装置３０の出力電力を抑制する信号を発信することはなく、再生可能エネルギー発電装置３０は、電力の出力を維持する。

この再生可能エネルギー発電装置３０による充電によって蓄電装置４０の蓄電量が上限に達した場合、蓄電装置蓄電量把握部５４１には蓄電量が上限に達した旨の情報が発信される。そして、蓄電装置蓄電量把握部５４１は、蓄電装置４０の蓄電量が上限に達した旨の情報を再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２へ伝達する。次に、再生可能エネルギー出力電力抑制判断部５４２は、蓄電装置制御部５３４へ蓄電装置４０の充放電電力指令値を０とするように伝達すると同時に、再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部５５へ再生可能エネルギー出力装置３０の出力電力値を０にするように伝達する。

充放電電力指令値を０とするような信号を受けた蓄電装置制御部５３４は、蓄電装置充放電電力指令値送信部５２を介して、蓄電装置４０へ充放電指令値を０とするように信号を発信する。この信号を受信した蓄電装置４０は充放電を停止する。これと並行して再生可能エネルギー出力電力制御信号発信部５５は、再生可能エネルギー発電装置３０へ再生可能エネルギー出力電力抑制信号を発信し、再生可能エネルギー発電装置３０の電力の出力を停止させる。

以上のように本実施形態に係る電力制御装置５０によっても、火力発電所１の外部からの出力調整指令に対しての応答を高速化することが可能であり、従来以上に火力発電所１を電力の需給調整に貢献させることができる。さらに、本実施形態に係る電力制御装置５０によれば、外部からの指令に基づき、より高速に火力発電所１の出力電力の調整を行うことができる。すなわち、外部からの指令に基づいて火力発電所１の出力電力を減少させる場合において、蓄電装置４０の蓄電量が上限に達して充電不可となったときに、発電機１０以上の出力応答速度で出力の調整を行うことが可能となり、火力発電所１を電力の需給調整に貢献させることができる。

（第４実施形態）
上述した実施形態では、火力発電所１の効率の向上、又は、火力発電所１の応答の高速化を実現する電力制御装置５０について説明したが、第４実施形態に係る電力制御装置５０は、これらの出力を選択することにより、出力効率の向上と出力応答の高速化の双方を実現することが可能な構成としたものである。以下、上述した実施形態と異なる部分について図１、図８及び図９を用いて説明する。

図８は本実施形態に係る電力制御装置５０の構成を示すブロック図である。この図８の示すとおり、本実施形態に係る電力制御装置５０は、発電出力効率制御部５１と、蓄電装置充放電電力指令値送信部５２と、充放電制御部５３と、そして、電力制御方法選択部５６とを備える。

発電出力効率制御部５１は、第１実施形態に係る発電出力効率制御部５１と同じものであり、充放電制御部５３は、第２実施形態に係る充放電制御部５３と同じものである。また、蓄電装置充放電電力指令値送信部５２は、上述した各実施形態に係るものと同じものである。電力制御方法選択部５６は、発電出力効率制御部５１から伝達される蓄電装置４０の充放電電力指令値と、充放電制御部５３から伝達される蓄電装置４０の充放電電力指令値とを、条件によって選択するものである。

以上が本実施形態に係る電力制御装置５０の構成に関する説明であるが、次に、本実施形態に係る電力制御装置５０の作用について、図１、図８及び図９を用いて説明する。

電力制御方法選択部５６は、発電出力効率制御部５１及び充放電制御部５３から出力された蓄電装置４０の充放電電力指令値のいずれかを、手動又は自動で選択し、蓄電装置充放電電力指令値送信部５２へ伝達する。例えば、外部からの出力調整があるにも拘わらず、その出力調整値ではなく火力発電所１の目標効率値（η_＿ｒｅｆ）を維持したいような場合には、運用者が電力制御方法選択部５６の操作をすることにより、発電出力効率制御部５１が伝達する出力を選択する。これにより、蓄電装置４０には、発電出力効率制御部５１が伝達する出力値である充放電電力指令値が送信される。

一方で、平常時は発電出力効率制御部５１が伝達する出力を使用し、外部からの出力調整信号の受信があった場合にのみ充放電制御部５３が伝達する出力を使用したいときなどは、自動でそれらの出力を切り替えて選択するように電力制御方法選択部５６を設定する。図９はこの場合の動作を示すフローチャートである。以下、図９に示すフローチャートにしたがい、自動で出力を切り替える場合について説明をする。

まず、外部からの出力調整信号が受信されているかどうかを確認する（ステップＳ１）。この方法としては、例えば、火力機応答特性設定部５３１から直接電力制御方法選択部５６へ外部からの出力調整信号が受信されているかどうかを伝達するようにしてもよいし、蓄電装置制御部５３４が出力を行うことによって、電力制御方法選択部５６が感知するようにしてもよい。

外部からの出力調整信号を受信している場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、電力制御方法選択部５６は、蓄電装置４０の充放電電力指令値として充放電制御部５３から伝達された充放電電力指令値を、蓄電装置充放電電力指令値送信部５２へ伝達する（ステップＳ２）。外部から出力調整信号を受信していない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、電力制御方法選択部５６は、蓄電装置４０の充放電電力指令値として、発電出力効率制御部５１から伝達された充放電電力指令値を蓄電装置充放電電力指令値送信部５２へ伝達する（ステップＳ３）。

蓄電装置４０の充放電電力指令値が電力制御方法選択部５６から伝達された蓄電装置充放電電力指令値送信部５２は、伝達された充放電電力指令値を蓄電装置４０へ送信することにより、蓄電装置４０の充放電を制御する。

以上のように、本実施形態によれば、手動又は自動で発電出力効率制御部５１と充放電制御部５３からの出力を選択することにより、状況に応じて火力発電所１の電力の出力調整を行うことができ、火力発電所１の電力の出力効率の向上と出力応答の高速化の双方を実現することが可能な電力制御装置を提供することができる。

なお、図１０に示すように、図８の構成に、さらに再生可能エネルギー出力抑制部５４及び再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部５５を追加した構成とすることもできる。この場合には、上記の効果に加え、再生可能エネルギー発電装置３０から出力される電力についても、より効率的に利用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として呈示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を部分的に適宜組み合わせることも可能である。

なお、上述する実施形態においては、発電所として火力発電所を例として挙げたが、本発明の実施形態としては、火力発電所だけではなく、他の手段による発電所にも適用することが可能である。例えば、原子力発電所や水力発電所に適用することが考えられる。

１：火力発電所、１０：発電機、２０：所内負荷、３０：再生可能エネルギー発電装置、４０：蓄電装置、５０：電力制御装置、５１：発電出力効率制御部、５１１：発電機出力電力受信部、５１２：所内負荷電力受信部、５１３：再エネ出力電力受信部、５１４：目標電力値設定部、５１５：蓄電装置充放電電力指令値算出部、５２：蓄電装置充放電電力指令値送信部、５３：充放電制御部、５３１：火力機応答特性設定部、５３２：出力調整信号受信部、５３３：蓄電装置充放電判断部、５３４：蓄電装置制御部、５４：再生可能エネルギー出力抑制部、５４１：蓄電装置蓄電量把握部、５４２：再生可能エネルギー出力電力抑制判断部、５５：再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部、５６：電力制御方法選択部

Claims (7)

1. 発電機と、再生可能エネルギー発電装置と、蓄電装置とを備える発電所の電力を制御する電力制御装置であって、
   発電出力効率制御部と、蓄電装置充放電電力指令値送信部と、を備え、
   前記発電出力効率制御部は、
   前記発電機の出力電力値を受信する発電機出力電力受信部と、
   前記発電機出力電力受信部が受信した前記発電機の出力電力値と、予め設定された目標効率値とに基づいて、見かけ上の所内負荷電力値の目標値を設定する目標電力値設定部と、
   前記発電所の所内で消費される電力である所内負荷電力値を受信する所内負荷電力受信部と、
   前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値を受信する再エネ出力電力受信部と、
   前記所内負荷電力値と前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値との差の値を平準化した値と、前記見かけ上の所内負荷電力値の目標値と、の差に基づいて、前記蓄電装置の第１の充放電電力指令値を算出する蓄電装置充放電電力指令値算出部と、を備え、
   前記蓄電装置充放電電力指令値送信部は、前記蓄電装置の第１の充放電電力指令値を前記蓄電装置へ送信する、
   ことを特徴とする電力制御装置。
2. 前記平準化は、前記所内負荷電力値と前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値との差に対して１次遅れ系とすることを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記平準化は、前記所内負荷電力値と前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値との差の移動平均処理とすることを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
4. 前記発電機の出力応答特性を設定する発電機応答特性設定部と、前記発電所の出力調整信号を受信する出力調整信号受信部と、前記発電機応答特性設定部が設定した前記発電機の前記出力応答特性と、前記出力調整信号受信部が受信した前記出力調整信号とに基づいて、前記蓄電装置の充放電を行う必要があるか否かを判断する蓄電装置充放電判断部と、前記蓄電装置充放電判断部において前記蓄電装置の充放電が必要と判断された場合に用いられる前記蓄電装置の第２の充放電電力指令値を算出する蓄電装置制御部と、を有する充放電制御部と、
   前記蓄電装置の第１の充放電電力指令値及び前記蓄電装置の第２の充放電電力指令値の一方を選択する電力制御方法選択部と、
   をさらに備え、
   前記蓄電装置充放電電力指令値送信部は、前記電力制御方法選択部により選択された前記蓄電装置の充放電電力指令値を前記蓄電装置へ送信する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電力制御装置。
5. 前記蓄電装置の蓄電量を把握する蓄電装置蓄電量把握部と、前記蓄電装置蓄電量把握部が把握した前記蓄電装置の蓄電量に基づいて、前記再生可能エネルギー発電装置の出力を抑制するか否かを判断する再生可能エネルギー出力電力抑制判断部と、を有する再生可能エネルギー出力抑制部と、
   前記再生可能エネルギー出力電力抑制判断部において前記再生可能エネルギー発電装置の出力を抑制すべきと判断した場合に、前記発電所内に設置している前記再生可能エネルギー発電装置の出力を抑制するように信号を発信する再生可能エネルギー出力電力抑制信号発信部と、をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電力制御装置。
6. 発電機と、再生可能エネルギー発電装置と、蓄電装置とを備える発電所の電力を制御する電力制御方法であって、
   前記発電機の出力電力値を受信する発電機出力電力受信ステップと、
   前記発電機出力電力受信ステップで受信した前記発電機の出力電力値と、予め設定された目標効率値とに基づいて、見かけ上の所内負荷電力値の目標値を設定する目標電力値設定ステップと、
   前記発電所の所内で消費される電力である所内負荷電力値を受信する所内負荷電力受信ステップと、
   前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値を受信する再エネ出力電力受信ステップと、
   前記所内負荷電力値と前記再生可能エネルギー発電装置の出力電力値との差を平準化した値と、前記見かけ上の所内負荷電力値の目標値との差に基づいて、前記蓄電装置の第１の充放電電力指令値を算出する蓄電装置充放電電力指令値算出ステップと、
   前記蓄電装置の第１の充放電電力指令値を前記蓄電装置へ送信する蓄電装置充放電電力指令値送信ステップと、
   を備えることを特徴とする電力制御方法。
7. 前記発電機の出力応答特性を設定する発電機応答特性設定ステップと、
   前記発電所の出力調整信号を受信する出力調整信号受信ステップと、
   前記発電機応答特性設定ステップで設定した前記発電機の前記出力応答特性と、前記出力調整信号受信ステップで受信した前記出力調整信号とに基づいて、前記蓄電装置の充放電を行う必要があるか否かを判断する蓄電装置充放電判断ステップと、
   前記蓄電装置充放電判断ステップにおいて前記蓄電装置の充放電が必要と判断された場合に用いられる前記蓄電装置の第２の充放電電力指令値を算出する蓄電装置制御ステップと、
   前記蓄電装置の第１の充放電電力指令値及び前記蓄電装置の第２の充放電電力指令値の一方を選択する電力制御方法選択ステップと、
   をさらに備え、
   前記蓄電装置充放電電力指令値送信ステップは、前記電力制御方法選択ステップにおいて選択した前記蓄電装置の充放電電力指令値を送信するステップである、
   ことを特徴とする請求項６に記載の電力制御方法。

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