JP6543167B2 - 再生可能エネルギー発電システム、再生可能エネルギー発電システムの制御装置、及び再生可能エネルギー発電システムの制御方法 - Google Patents
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Description
(1)単位時間ごとの発電計画を事前に売電先に申告すること、
(2)単位時間における風力発電所の発電電力を事前に申告した発電計画に対して、ウィンドファームの合成出力を、ウィンドファームの定格出力電力の2%以内の偏差に収めること、などが要求されている。さらに、これらの技術要件を達成できない場合は、ウィンドファームの連系を取り消すことなども求められている。(例えば、非特許文献1参照)。
図1は、第1実施形態における再生可能エネルギー発電システムである風力発電システムの全体構成を示す図である。図1は、風力発電システム1000と、電力系統2000と、電力会社3000と、少なくとも2つの気象情報配信サービス4000(4000a、4000b)で構成される。気象情報配信サービス4000は、総称するときに符号4000、個別に指すときに符号4000a,4000bを用いる。この点については他についても同様である。
風力発電装置100(100a、100b)は、風力発電機110(110a、110b)と、風力発電装置用変圧器120(120a、120b)と、風車制御部130(130a、130b)で構成される。
蓄電池制御部240は、電力変換器220に充放電出力目標値を送る。また、蓄電池210の充電率(SOC:State Of Charge)を取得する。系統連系変圧器300は、風力発電装置100及び蓄電装置200を電力系統2000に連系するため、連系点500の電圧を昇圧して電力系統2000の電圧と一致させる。
図2は、第1実施形態における制御装置の構成を示す図である。図2を用いて、制御装置410の機能ブロックについて説明する。なお、以下に説明するような機能を有する制御装置410は、それぞれのブロックを専用のハードウェア制御回路で構成することにより実現することもできる。また、その一部のブロックを一つ又は複数のマイクロプロセッサで構成して実現することもできるし、あるいは、全体を一つ以上のコンピュータで構成して実現することもできる。
図4は、発電計画決定部416が第2発電計画値PGP2を決定するための構成を示すブロック図である。発電計画決定部416は、最適発電予測値演算部1と、第1発電計画値演算部2と、発電計画補正部3と、ゲイン切替え信号決定部4と、ゲイン切替え部5と、充電率ゲイン決定部6で構成される。
発電計画決定部416は、第2発電計画値PGP2の申告周期で処理S102〜処理S104を繰り返す。発電計画値の申告周期は、申告先の電力会社3000と事前に取り決めた期間に設定するか、あるいは気象情報配信サービス4000の風速予測値WSFの配信周期に設定しても良い。
気象情報配信サービス4000(4000a、4000b)から風速予測値WSF(第1風速予測値WSF1、第2風速予測値WSF2)を取得する。例えば、気象情報配信サービスは、1週間先までの風速予測値WSFを最新予測値に更新して1日に4回配信する。そのため、処理S102が実行される時点で最新の風速予測値WSFを取得することが望ましい。
処理S102で取得した風速予測値WSF(第1風速予測値WSF1、第2風速予測値WSF2)等に基づいて発電計画値を演算する。予め定められた申告期限までに、第2発電計画値PGP2を電力会社3000に申告する必要がある。申告期限は、電力会社3000が風力発電の発電不足を補償するための発電機の起動時間を確保できる程度に設定することが望ましい。そこで、本実施形態では申告期限を6時間程とした。発電計画値の決定方法は、図6を用いて後述する。
処理S103の第2発電計画値PGP2を電力会社3000に事前申告する。
発電計画決定部416は、第2発電計画値PGP2の申告時刻の度に、処理S201〜処理S208を実行する。
最適発電予測値演算部1は、第1発電予測値PGF1と第2発電予測値PGF2の各々に重み係数α,βを乗じた値の和を最適発電予測値OPGFとして算出する。なお、重み係数α,βは、発電実績値PGAの過去データから、発電実績値PGAと最適発電予測値OPGFの差が所定値以下になるように設定する。あるいは、地形、風向、風速、季節、曜日、時刻、気圧、気圧配置、気温、降水量、湿度、前線のいずれか一つ以上と、重み係数α,βとを対応づけたテーブルを持ち、地形、風向、風速、季節、曜日、時刻、気圧、気圧配置、気温、降水量、湿度、前線に応じて重み係数α,βを変更しても良い。
第1発電計画値演算部2は、最適発電予測値OPGFを蓄積し、予め定めた周期で平均値を計算し、その平均値を第1発電計画値PGP1として算出する。平均値を計算する周期は、第2発電計画値PGP2の申告周期としても良い。
ゲイン切替え信号決定部4は、図7に示す発電計画値の運用期間ΔT(時刻T2〜時刻T3)において、気象予測誤差指標演算部415が算出する気象予測誤差指標Rが予め定めた閾値(所定値)以上のときは(処理S204,Yes)、補正ゲインGに気象予測誤差ゲインG1を選択する信号をゲイン切替え部5に出力する(処理S205)。気象予測誤差ゲインG1は、発電計画値を減少させるように補正するため、1より小さい値(例えば、0.8)に設定する。一方、気象予測誤差指標Rが予め定めた閾値未満のときは(処理S204,No)、補正ゲインGに充電率ゲインG2を選択する信号をゲイン切替え部5に出力する(処理S206)。ゲイン切替え部5は、ゲイン切替え信号決定部4から送られる信号に基づいて、気象予測誤差ゲインG1と充電率ゲインG2から補正ゲインGに採用する方を選択する。
充電率ゲイン決定部6は、蓄電装置200の充電率SOCに基づいて充電率ゲインG2を決定する。なお、図4に示す様な充電率ゲインテーブルに基づいて、充電率ゲイン(G2)を決定する。
発電計画補正部3は、第1発電計画値演算部2から送られる第1発電計画値PGP1に、充電率ゲイン決定部6から送られる補正ゲインGを乗じて、第2発電計画値PGP2を算出する。あるいは、補正ゲインGを乗じたときの補正量に相当する値を第1発電計画値PGP1に加算又は減算しても良い。
第1実施形態では2つの風速予測値WSF(第1風速予測値WSF1及び第2風速予測値WSF2)に基づく2つの発電予測値PGF(第1発電予測値PGF1及び第2発電予測値PGF2)から気象予測誤差指標Rを計算したが、第1実施形態の変形例1では1つの風速予測値WSF(第1風速予測値WSF1又は第2風速予測値WSF2)に基づく1つの発電予測値PGF(第1発電予測値PGF1又は第2発電予測値PGF2)から気象予測誤差指標Rを計算することができる。
第1実施形態の変形例2では発電予測値PGFと発電実績値の履歴データから気象予測誤差指標Rの決定するためのテーブルを作成する。履歴データを用いるため気象予測誤差指標Rの精度を向上できる。
図13は、第2実施形態における原動機付き発電装置を用いる場合の風力発電システム1000bを示す構成図である。図1に対して原動機620により駆動される発電機630を追加した実施形態を示している。図13において、図1に示した風力発電システム1000と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
(処理S201)
起動停止計画決定部7は、気象予測誤差指標演算部415が気象予測誤差指標の演算結果を更新するたびに実行される。
気象予測誤差指標演算部415から気象予測誤差指標の計算結果を読み込んで、気象予測誤差指標Rが予め定めた閾値を超過するかを判定する(処理S202)。気象予測誤差指標Rが閾値を超過した場合は(処理S202,Yes)、気象予測誤差指標Rが閾値以上となる各時刻において、原動機付き発電装置600が発電可能状態となるように、起動指令を決定する(処理S203)。なお、原動機付き発電装置600は、起動してから実際に発電可能となるまで所定の時間(例えば、3時間)を要する。気象予測誤差指標Rが閾値未満となった場合は(処理S202,No)、原動機付き発電装置600の停止指令を決定する(処理S204)。
第1実施形態及び第2実施形態として、再生可能エネルギー発電システムの風力発電システム1000について説明したが、これに限定されるわけではない。図18及び図19を用いて、第3実施形態として、再生可能エネルギー発電システムの太陽光発電システム5000について説明する。
2 第1発電計画値演算部
3 発電計画補正部
4 ゲイン切替え信号決定部
5 ゲイン切替え部
6 充電率ゲイン決定部
100 風力発電装置
110 風力発電機
120 風力発電装置用変圧器
130 風車制御部
200 蓄電装置
210 蓄電池
220 電力変換器
230 蓄電装置用変圧器
240 蓄電池制御部
300 系統連系変圧器
400 監視制御装置
410 制御装置
411 気象予測取得部
412 充電率取得部
413 発電出力取得部
414 発電予測値演算部(発電予測部)
415 気象予測誤差指標演算部
416 発電計画決定部
417 制御指令決定部
420 監視装置
500 連系点
600 原動機付き発電装置
610 燃料貯蔵装置
620 原動機
630 発電機
640 発電機用変圧器
650 発電機制御部
700 太陽光発電装置
710 太陽光電池
720 太陽光発電装置用変圧器
730 PV制御部
1000 風力発電システム
2000 電力系統
3000 電力会社
4000 気象情報配信サービス
WSF 風力予測値(Wind Speed Forecast)
PGF 発電予測値(Power Generation Forecast)
WDF 風力予測値(Wind Direction Forecast)
PGP 発電計画値(Power Generation Plan)
PGA 発電実績値(Power Generation Actual value)
SOC 充電率(State Of Charge)
CDP 充放電電力(Charge and Discharge Power)
PV 太陽光電池(Photovoltaic)
Claims (11)
- 再生可能エネルギーを利用した発電装置と、前記発電装置の発電出力の変動を緩和するための蓄電装置と、前記発電装置と前記蓄電装置の発電出力を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
気象予報である気象情報の予測値を取得するための気象予測取得部と、
前記気象情報の予測値に基づく前記発電装置の発電予測値を算出する発電予測部と、
前記蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、
前記気象予報の予測誤差の程度を表す気象予測誤差指標を演算する気象予測誤差指標演算部と、
前記発電予測値、前記充電率、及び前記気象予測誤差指標に基づいて、所定時間後の発電計画値を決定する発電計画決定部と、を有し、
前記発電計画決定部は、前記気象予測誤差指標が所定値を超える場合、前記発電予測部で算出された第1発電計画値よりも減少させるように補正した第2発電計画値を採用する
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。 - 再生可能エネルギーを利用した発電装置と、前記発電装置の発電出力の変動を緩和するための蓄電装置と、前記発電装置と前記蓄電装置の発電出力を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
気象予報である気象情報の予測値を取得するための気象予測取得部と、
前記気象情報の予測値に基づく前記発電装置の発電予測値を算出する発電予測部と、
前記蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、
前記気象予報の予測誤差の程度を表す気象予測誤差指標を演算する気象予測誤差指標演算部と、
前記発電予測値、前記充電率、及び前記気象予測誤差指標に基づいて、所定時間後の発電計画値を決定する発電計画決定部と、を有し、
前記発電予測部は、複数の前記気象情報の予測データに対応する複数の発電予測値を計算し、
前記気象予測誤差指標演算部は、前記複数の発電予測値における相互の差分から前記気象予測誤差指標を計算する、
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。 - 再生可能エネルギーを利用した発電装置と、前記発電装置の発電出力の変動を緩和するための蓄電装置と、前記発電装置と前記蓄電装置の発電出力を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
気象予報である気象情報の予測値を取得するための気象予測取得部と、
前記気象情報の予測値に基づく前記発電装置の発電予測値を算出する発電予測部と、
前記蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、
前記気象予報の予測誤差の程度を表す気象予測誤差指標を演算する気象予測誤差指標演算部と、
前記発電予測値、前記充電率、及び前記気象予測誤差指標に基づいて、所定時間後の発電計画値を決定する発電計画決定部と、を有し、
前記気象予測誤差指標演算部は、前記気象予報の予測値の所定時間の変動量を表す指標から前記気象予測誤差指標を計算する
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。 - 再生可能エネルギーを利用した発電装置と、前記発電装置の発電出力の変動を緩和するための蓄電装置と、前記発電装置と前記蓄電装置の発電出力を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
気象予報である気象情報の予測値を取得するための気象予測取得部と、
前記気象情報の予測値に基づく前記発電装置の発電予測値を算出する発電予測部と、
前記蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、
前記気象予報の予測誤差の程度を表す気象予測誤差指標を演算する気象予測誤差指標演算部と、
前記発電予測値、前記充電率、及び前記気象予測誤差指標に基づいて、所定時間後の発電計画値を決定する発電計画決定部と、を有し、
前記気象予測誤差指標演算部は、前記気象予報の予測誤差と風向、風速、季節、曜日、時刻、気圧、気圧配置、気温、降水量、湿度、前線のいずれかを対応づけたテーブルから前記気象予測誤差指標を計算する
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。 - 再生可能エネルギーを利用した発電装置と、前記発電装置の発電出力の変動を緩和するための蓄電装置と、前記発電装置と前記蓄電装置の発電出力を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
気象予報である気象情報の予測値を取得するための気象予測取得部と、
前記気象情報の予測値に基づく前記発電装置の発電予測値を算出する発電予測部と、
前記蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、
前記気象予報の予測誤差の程度を表す気象予測誤差指標を演算する気象予測誤差指標演算部と、
前記発電予測値、前記充電率、及び前記気象予測誤差指標に基づいて、所定時間後の発電計画値を決定する発電計画決定部と、を有する再生可能エネルギー発電システムであって、
前記再生可能エネルギー発電システムは、更に原動機付き発電装置を備え、
前記制御装置は、更に前記原動機付き発電装置の起動停止計画を決定する起動停止計画決定部を有し、
前記起動停止計画決定部は、前記気象予測誤差指標の表す前記気象予報の予測誤差が所定値を超える場合、前記原動機付き発電装置を起動させる計画を作成する
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。 - 前記制御装置は、
前記発電計画決定部が決定した発電計画値に基づいて、前記発電装置と前記蓄電装置の制御指令を決定する制御指令決定部を有する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の再生可能エネルギー発電システム。 - 前記発電装置は、風力発電装置であり、
前記蓄電装置は、2次電池であり、
前記気象情報は、風向及び風速を含む気象情報である
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の再生可能エネルギー発電システム。 - 前記発電装置は、太陽光発電装置であり、
前記蓄電装置は、2次電池であり、
前記気象情報は、日射量を含む気象情報である
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の再生可能エネルギー発電システム。 - 再生可能エネルギーを利用した発電装置と、前記発電装置の発電出力の変動を緩和するための蓄電装置と、前記発電装置と前記蓄電装置の発電出力を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
気象予報である気象情報の予測値を取得するための気象予測取得部と、
前記気象情報の予測値に基づく前記発電装置の発電予測値を算出する発電予測部と、
前記蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、
前記気象予報の予測誤差の程度を表す気象予測誤差指標を演算する気象予測誤差指標演算部と、
前記発電予測値、前記充電率、及び前記気象予測誤差指標に基づいて、所定時間後の発電計画値を決定する発電計画決定部と、を有し、
前記発電装置は、太陽光発電装置であり、
前記蓄電装置は、2次電池であり、
前記気象情報は、日射量を含む気象情報である
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システム。 - 再生可能エネルギーを利用した発電装置と前記発電装置の発電出力の変動を緩和するための蓄電装置と、を有する再生可能エネルギー発電システムの制御装置は、
気象予報である気象情報の予測値を取得するための気象予測取得部と、
前記気象情報の予測値に基づく前記発電装置の発電予測値を算出する発電予測部と、
前記蓄電装置の充電率を取得する充電率取得部と、
前記気象予報の予測誤差の程度を表す気象予測誤差指標を演算する気象予測誤差指標演算部と、
前記発電予測値、前記充電率、及び前記気象予測誤差指標に基づいて、所定時間後の発電計画値を決定する発電計画決定部と、を有し、
前記発電計画決定部は、前記気象予測誤差指標が所定値を超える場合、前記発電予測部で算出された第1発電計画値よりも減少させるように補正した第2発電計画値を採用する
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電システムの制御装置。 - 再生可能エネルギーを利用した発電装置と、前記発電装置の発電出力の変動を緩和するための蓄電装置と、制御装置とを備える再生可能エネルギー発電システムにおいて、
前記制御装置は、
気象予報である気象情報の予測値を取得するための気象予測取得処理と、
前記気象情報の予測値に基づき、前記発電装置の発電予測値を算出するための発電出力予測処理と、
前記蓄電装置の充電率を取得する充電率取得処理と、
前記気象予報の予測誤差の程度を表す気象予測誤差指標を演算する気象予測誤差指標演処理と、
前記発電予測値、前記充電率、及び前記気象予測誤差指標に基づいて所定時間後の発電計画値を決定する発電計画決定処理と、
前記発電計画値に基づいて前記発電装置及び前記蓄電装置の制御指令する装置制御処理と、を行い、
前記発電計画決定処理は、前記気象予測誤差指標が所定値を超える場合、前記発電出力予測処理で算出された第1発電計画値よりも減少させるように補正した第2発電計画値を採用する
ことを特徴とする発電システムの制御方法。
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