JP6609520B2 - マイクログリッド制御装置及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、マイクログリッド制御装置及び方法に関するものである。
近年、電力系統の停電リスクが増大したことに伴い、マイクログリッドを自立運用することにより、当該地域で電力供給を継続するニーズが高まっている。マイクログリッドの自立運用とは、マイクログリッドと電力系統との連系点のスイッチを開放し、マイクログリッド内の発電機を電力供給源として電力供給を継続することである。一般的に、マイクログリッドは電力系統が健全状態である間は連系点のスイッチを閉じている。そして、この間、マイクログリッドで消費される電力は、外部系統からの供給電力とマイクログリッド内の発電機からの供給電力でまかなわれる。ここで、電力系統が突然停電した場合を考える。このとき、マイクログリッドは、電力系統との連系点のスイッチを開放することにより自立運用へ移行する。しかし、自立運用移行直後には、外部系統から供給されていた電力が喪失されるため、マイクログリッド内の需給バランス（＝電力供給量と電力需要の大きさのバランス）が突然大きく崩れる。この需給バランスの急変に対し、マイクログリッド内の発電機が追従できず停止することにより、マイクログリッド内で一時的に停電が発生するという課題がある。
マイクログリッドの自立運用移行直後の需給ギャップを小さくするための従来技術のひとつとして、非特許文献１に記す技術がある。本文献には，マイクログリッドの自立移行準備として、外部系統との連系点潮流がゼロになるように発電機を制御し、かつ蓄電池で自立移行直後の需給バランス補償する技術が記されている。本技術の適用により、マイクログリッド内の発電機に対する電力需要の急変を小さくすることができるので、マイクログリッドの自立運用直後において発電機が停止しないというメリットがある。
Transition Management of Microgrids With High Penetration of Renewable Energy(University of Wisconsin-Milwaukee), Smart Grid IEEE Transactions on(Volume:5 , Issue: 2 ),pp539-549, 06.11.2013
非特許文献１に記載の方式は、高価な蓄電池を設ける必要があることから、設備コストが高いという課題がある。そこで、本発明は、蓄電池を用いることなく、自立運用移行時のマイクログリッドの需給バランスを発電機の許容ギャップ内に収めることで、自立運用移行直後の停電を回避することを目的とする。
上記課題を解決する為に、電力系統から独立して自立運転が可能なマイクログリッドの制御を行うマイクログリッド制御装置において、前記電力系統の異常リスクと、前記自立運転に移行する基準を示す基準値とに基づいて前記自立運転への移行要否を判断する自立運転準備開始判断部と、前記自立運転に移行する場合に、前記マイクログリッド内の発電設備の発電計画と、前記発電設備が自立運転移行後に運転継続可能な需給バランス範囲と、前記マイクログリッド内の負荷設備の需要量及び再エネ設備の発電量の予測値とに基づいて、前記需給バランス範囲内に収まるように、前記発電設備、前記負荷設備、又は前記再エネ設備の内少なくとも一つに対して停止指令を行う停止設備を選択する需給バランス調整計画部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば，自立運用移行時のマイクログリッドの需給バランスを発電機の許容ギャップ内に収めることができるので、自立運用移行直後の停電を回避することができる。
図１はマイクログリッドとその制御装置の全体構成である。０１００は電力系統、０１０１はマイクログリッド、０１０２はマイクログリッド制御装置である。０１０６はスイッチである。スイッチ０１０６がＯＮの場合はマイクログリッド０１０１が電力系統０１００と接続されている。一方、スイッチ０１０６がＯＦＦの場合は、マイクログリッド０１０１は電力系統０１００と分離される。
マイクログリッド０１０１は以下の要素で構成される。
０１０３は負荷である。負荷とは、例えば照明器具や空調設備などがあげられる。一般的に負荷はマイクログリッド内に複数台存在することから、本図では負荷を０１０３1から０１０３ｎと複数台示している。
０１０４は発電設備（以下、発電機とする）である。発電機とは、例えばガスタービン発電機やコジェネなど、燃料を用いて電力を発電する設備である。上記と同様に、一般的に発電機はマイクログリッド内で複数台存在することが考えられることから、本図では発電機を０１０４１から０１０４ｎと複数台示した。
０１０５は再エネである。再エネとは、例えば太陽光発電や風力発電、地熱発電などが考えられる。上記と同様に、一般的に再エネ設備はマイクログリッド内に複数台存在することが考えられることから、本図では再エネ設備を０１０５１から０１０５ｎと複数台示した。
０１０７は負荷の電力消費量を計測するセンサであり、０１０７１から０１０７ｎと、負荷０１０３ごとに設置されている。
０１０８は発電機の発電量を計測するセンサであり、０１０８１から０１０８ｎと、発電機０１０４ごとに設置されている。
０１０９は再エネ設備の発電量を計測するセンサであり、０１０９１から０１０９ｎと、再エネ設備０１０５ごとに設置されている。
各種センサ０１０７，０１０８，０１０９の計測データは、マイクログリッド制御装置０１０２内の計測値データベース０１２１へ送られ記録される。
０１１０は負荷０１０３の制御部であり、マイクログリッド制御装置０１０２内の調整計画出力部から送られる調整計画情報に沿い負荷０１０３を制御する。負荷の制御部０１１０は０１１０１から０１１０ｎと、負荷０１０３ごとに設けられている。
０１１１は発電機０１０４の制御部であり、マイクログリッド制御装置０１０２内の調整計画出力部から送られる調整計画情報に沿い発電機０１１１を制御する。発電機の制御部０１１１は０１１１１から０１１１ｎと、発電機０１０４ごとに設けられている。
０１１２は再エネ設備０１０５の制御部であり、マイクログリッド制御装置０１０２内の調整計画出力部から送られる調整計画情報に沿い再エネ設備０１１５を制御する。再エネ設備の制御部０１１２は０１１２１から０１１２ｎと、再エネ設備０１０５ごとに設けられている。
マイクログリッド制御装置０１０２は以下の要素で構成される。
０１１３は自立運用準備開始判断部である。自立運用準備開始判断部０１１３は、電力系統０１００の停電リスクなどが記録された電力系統異常リスクデータベース０１１４の情報と、マイクログリッド０１０１を自立移行する判断基準となる停電リスクなどの基準値の情報が記録された自立運用準備開始基準データベース０１１５の情報と、から、マイクログリッド０１０１を自立運用へ移行するための準備を始めるか否かを判定し、その結果を需給バランス調整計画部０１１６へ出力する。
０１１６は需給バランス調整計画部である。需給バランス調整計画部０１１６は、自立運用基準開始判断部０１１３が出力する自立運用移行準備開始判定結果と、発電機０１０４の発電計画である発電機発電計画データベース０１１７の情報と、発電機０１０４が運転継続可能な需給バランス範囲が記録された需給バランス許容範囲データベース０１１８の情報と、需要・再エネ発電量予測部０１２０が出力する負荷０１０３の需要や再エネ設備０１０５の発電機の予測値情報と、から、マイクログリッド０１０１内の需給バランスを発電機０１０４の許容範囲内に収めるための、負荷０１０３や再エネ設備０１０５の調整計画を生成し、調整計画出力部０１１９へ出力する。
０１１９は調整計画出力部である。調整計画出力部０１１９は、需給バランス調整計画部０１１６が出力する、マイクログリッド０１０１内の需給バランスを発電機０１０４の許容範囲内に収めるための、負荷０１０３や再エネ設備０１０５の調整計画をオペレータ等へ出力する。また、この調整計画の情報を制御指令として、マイクログリッド０１０１内の各種制御部０１１０，０１１１，０１１２へ出力する。
０１２０は需要・再エネ発電量予測部である。需要・再エネ発電量予測部は、マイクログリッド０１０１内の負荷０１０３や発電機０１０４や再エネ設備０１０５の電力需要や発電量が記録された計測値データベース０１２１の情報と、負荷０１０３や発電機０１０４や再エネ設備０１０５を安定設備と不安定設備に振り分けるための安定度情報が記録された安定度データベース０１２２の情報と、と用いて、を予測する機能である。負荷０１０３や発電機０１０４や再エネ設備０１０５の電力需要や発電量を予測する機能である。
以下，各機能の処理内容について詳細に記載する。
図２は自立運用準備開始判断部０１１３のフローチャートである。本機能は、一定周期で実行される。
Ｓ０２０１にて、電力系統異常リスクデータベース０１１４から、将来時刻の電力系統の異常リスク情報を取得する。電力系統異常リスク情報について図３に記す。図３は電力系統異常リスクデータベース０１１４のテーブル定義の一例である。ここでは、時刻ごとの各種リスクの値が記録されている。各種リスクとは、例えば、電力系統０１００が停電する確率や、電力系統０１００の電圧が不安定になる確率などが考えられる。これらの値は、例えば気象情報や他地域の停電情報等に基づき、マイクログリッド制御装置０１０２のオペレータが入力することが考えられる。図２に戻る。
Ｓ０２０２にて、自立運用準備開始基準データベース０１１５から、自立運用準備開始基準情報を参照する。自立運用準備開始基準情報について図４に記す。図４（ａ）は自立運用準備開始判断の基準値が記録されたテーブル定義の一例である。ここでは、リスク種別ごとに、基準値１、基準値２と、２つの基準値が記録されている。基準値１と基準値２の意味合いを、図４（ｂ）を用いて説明する。あるリスクの発生確率が基準値１より小さい、または、基準値２より大きな場合に電力系統０１００が異常状態に近づいていると考える。図２に戻る。
Ｓ０２０３にて、マイクログリッド０１０１を自立運用へ移行する準備を開始するか否かを判定する。判定方法を再び図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ｂ）にて、リスクの発生確率と基準値１基準値２とから、自立運用開始基準に合致しているか否かを判定する。
Ｓ０２０４にて、Ｓ０２０３の結果、自立運用開始基準に合致していると判定されたか否かにより処理が分岐する。自立運用開始基準に合致していると判定されている場合には、Ｓ０２０５へ移動する。一方、自立運用開始基準に合致していない場合には、本フローチャートを終了する。
Ｓ０２０５にて、自立運用開始トリガを図１の需給バランス調整計画０１１６へ出力する。
図５は需給バランス調整計画０１１６のフローチャートである。
Ｓ０５０１にて、図１の自立運用準備開始判断部０１１３が出力する自立運用開始トリガを受信する。
Ｓ０５０２にて、図１の需要・再エネ発電量予測部０１２０が出力する需要予測情報を取得する。需要予測情報については、後述する。
Ｓ０５０３にて、図１の需要・再エネ発電量予測部０１２０が出力する再エネ発電量予測情報を取得する。再エネ発電量予測情報についても、後述する。
Ｓ０５０４にて、発電機発電計画データベース０１１７を参照し、発電機０１０４の定格出力と運転計画を取得する。ここで、発電機運転計画情報について図６を用いて説明する。図６は発電機０１０４の運転計画情報が記録されたテーブル定義の一例である。横軸は発電機の名称であり、縦軸に各発電機の定格出力と時刻ごとの運転計画が記録されている。なお、時刻ごとの運転計画は、ここではＯＮ，ＯＦＦの２種類を想定しているが、部分負荷運転を現す値が記録されていてもよい。図５に戻る。
Ｓ０５０５は、需給バランス許容範囲データベース０１１８を参照し、需給バランスの許容範囲の情報を取得する。ここで、需給バランスの許容範囲の情報について図７を用いて説明する。図７は需給バランス許容範囲データベースのテーブル定義である。横軸に発電機の名称と、発電機が運転継続可能な需給バランスの値が記録されている。ここで需給バランスを数１で定義する。
（数１）
需給バランス＝（Σ発電機出力ｋＷ−電力需要ｋＷ）／Σ発電機出力ｋＷ
需給バランス＝（Σ発電機出力ｋＷ−電力需要ｋＷ）／Σ発電機出力ｋＷ
図７のテーブル定義は、発電機のＯＮ，ＯＦＦの組み合わせごとに、数１で算出された需給バランスの値が記録されている。図５に戻る。
Ｓ０５０６にて、マイクログリッド０１００内の需給バランスを許容範囲に収めるための停止機器を選択する。本処理のフローチャートを図８に示す。
図８は、需給バランス調整計画部０１１６の停止機器選択処理Ｓ０５０６のフローチャートと処理のイメージである。
Ｓ０８０１にて、安定度データベース０１２２にて不安定であると記録されている再エネ設備の全てを停止する候補に指定する。
Ｓ０８０２にて、安定度データベース０１２２にて不安定であると記録されている需要設備の全てを停止する候補に指定する。
Ｓ０８０３にて、停止指定した発電設備や電力需要を除いた後の需給バランスを算出する。算出には数１を用いる。
Ｓ０８０４にて、Ｓ０８０３で算出した需給バランスの値が需給バランス許容範囲にあるか否かを判定する。需給バランスの許容範囲はデータベース０１１８を参照して取得する。ここで、需給バランスの値が許容範囲にない場合は、Ｓ０８０５へ進む。一方、需給バランスの値が許容範囲内の場合は本フローチャートを終了する。
Ｓ０８０５では、残る負荷設備の中から１台について停止候補に選択し、再びＳ０８０３を処理する。
図８（ｂ）は、停止機器選択処理Ｓ０５０６の処理のイメージである。発電設備（発電機０１０４と再エネ設備０１０５の両方が含まれている）と負荷設備０１０３について、それぞれの電力を積み上げたイメージである。本処理Ｓ０５０６では、マイクログリッド０１００が自立運用する場合を想定し、マイクログリッド０１００内の発電設備と負荷との需給バランスを発電機０１０４の許容範囲内に安定して収まり続けるよう調整する。そのためには、発電設備と負荷設備のうちから、発電量や電力需要が不安定な設備の全ての停止候補に指定する。その結果、本図では残る発電電力は、発電機１と発電機２の出力を足し合わせた大きさとなる。ここで、発電電力の大きさは、数２で計算する。
（数２）
発電電力 ＝ Σ（発電機定格出力×運転状態）
発電電力 ＝ Σ（発電機定格出力×運転状態）
なお、運転状態とは発電機発電計画データベース０１１７に記録されたＯＮ、ＯＦＦ情報であり、ＯＮであれば１、ＯＦＦであれば０である。一方、負荷の大きさは負荷１から負荷８までを足し合わせた大きさである。この状態で、まず数１で需給バランスを計算する。その結果、需給バランスが許容範囲内に内場合には、負荷設備のうち１台を停止候補とする。例えば、負荷１を停止候補とする。そして発電機１と発電機２の出力を足し合わせた発電量と、負荷設備２から負荷８までを足し合わせた負荷の大きさとから、再び数１で需給バランスを計算する。このように、負荷設備を１台ずつ停止候補に指定しながら、需給バランスが許容範囲内に入るまで繰り返す。図５に戻る。Ｓ０５０６で指定した停止候補の設備名を調整計画出力部０１１９へ出力する。
図９は調整計画出力部が出力するデータの一例である。縦軸は設備名称であり、それぞれについて運転状態が表示される。運転状態はＯＮまたはＯＦＦである。設備状態の値は、初期状態として全ての設備でＯＮとしておき、需給バランス調整計画部０１１６が出力する停止候補の設備についてＯＦＦと書き換える。本出力データはマイクログリッド制御装置０１０１のオペレータ等へ示される。また、制御指令として各種制御部０１１０，０１１１，０１１２へ出力される。なお、各種制御部０１１０，０１１１，０１１２は、受信した停止機器候補のリストを参照し、本リスト内に自身が制御する設備の運転状態の情報がＯＦＦであれば、当該設備を停止させる。
図１０は需要・再エネ発電量予測部０１２０のフローチャートである。
Ｓ１００１は負荷０１０３・再エネ設備０１０５ごとのループ処理である。
Ｓ１００２では、ループ処理Ｓ１００１で対象となっている設備機器について、計測値データベース０１２１を参照して、現在までの計測値の実績データを取得する。ここで計測値データベース０１２１について図１１を用いて説明する。図１１は計測値データベースのテーブル定義の一例である。ここでは日時ごと、設備機器ごとに計測値が記録されている。図１０に戻る。
Ｓ１００３では、安定度データベース０１１２を参照して、安定度データを取得する。安定度データについて図１２を用いて説明する。図１２は安定度データベースのテーブル定義の一例である。ここでは、設備機器ごとに安定度の情報が記録されている。ここで、安定度とは、発電設備であれば発電電力の大きさが、負荷設備であれば電力需要の大きさが、安定的であるか不安定的であるかを示している。この情報は、図示しない入力部によりオペレータが設定してもよいし、図示しない安定度決定部により、計測値データベース０１２１の計測値の標準偏差等を閾値と比較するといったように、自動的に決めても良い。例えば、標準偏差が基準値以下であれば安定、そうでなければ不安定と決める。図１０に戻る。
Ｓ１００４では、Ｓ１００２で取得した計測値の実績データをもとに発電量や電力需要を予測する。予測手法は何を用いても良い。例えば、実績データの外挿により発電量や電力需要を予測する。
なお，本発明は上記した実施例に限定されるものではなく，様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり，必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
電力系統の停電リスク等が高まった際に、外部系統と連系したままマイクログリッド内の需給バランスを許容範囲に収め、かつその状態を維持することから、後に外部系統が停電に至り連系点のスイッチを開放したとしても、マイクログリッド内の需給バランスは既に許容範囲内にありマイクログリッドの発電機が継続して運転できることから、自立運用移行直後の停電を回避できる。
０１００ 電力系統
０１０１ マイクログリッド
０１０２ マイクログリッド制御装置
０１０３ 負荷
０１０４ 発電機
０１０５ 再エネ設備
０１０６ スイッチ
０１０７ 負荷設備の電力需要センサ
０１０８ 発電機の発電量センサ
０１０９ 再エネ設備の発電量センサ
０１１０ 負荷設備の制御部
０１１１ 発電機の制御部
０１１２ 再エネ設備の制御部
０１１３ 自立運用準備開始判断部
０１１４ 電力系統異常リスクベータベース
０１１５ 自立運用準備開始基準データベース
０１１６ 需給バランス調整計画部
０１１７ 発電機発電計画データベース
０１１８ 需給バランス許容範囲データベース
０１１９ 調整計画出力部
０１２０ 需要・再エネ発電量予測部
０１２１ 計測値データベース
０１２２ 安定度データベース
０１０１ マイクログリッド
０１０２ マイクログリッド制御装置
０１０３ 負荷
０１０４ 発電機
０１０５ 再エネ設備
０１０６ スイッチ
０１０７ 負荷設備の電力需要センサ
０１０８ 発電機の発電量センサ
０１０９ 再エネ設備の発電量センサ
０１１０ 負荷設備の制御部
０１１１ 発電機の制御部
０１１２ 再エネ設備の制御部
０１１３ 自立運用準備開始判断部
０１１４ 電力系統異常リスクベータベース
０１１５ 自立運用準備開始基準データベース
０１１６ 需給バランス調整計画部
０１１７ 発電機発電計画データベース
０１１８ 需給バランス許容範囲データベース
０１１９ 調整計画出力部
０１２０ 需要・再エネ発電量予測部
０１２１ 計測値データベース
０１２２ 安定度データベース
Claims (10)
- 電力系統から独立して自立運転が可能なマイクログリッドの制御を行うマイクログリッド制御装置において、
前記電力系統の異常リスクと、前記自立運転に移行する基準を示す基準値とに基づいて前記自立運転への移行要否を判断する自立運転準備開始判断部と、
前記自立運転に移行する場合に、前記マイクログリッド内の発電設備の発電計画と、前記発電設備が自立運転移行後に運転継続可能な需給バランス範囲と、前記マイクログリッド内の負荷設備の需要量及び再エネ設備の発電量の予測値とに基づいて、前記需給バランス範囲内に収まるように、前記発電設備、前記負荷設備、又は前記再エネ設備の内少なくとも一つに対して停止指令を行う停止設備を選択する需給バランス調整計画部と、
を備えることを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 請求項１に記載のマイクログリッド制御装置は、
前記停止設備に対して、制御指令を出力する調整計画出力部と、
を更に備えることを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 請求項１に記載のマイクログリッド制御装置において、
前記需給バランス調整計画部は、前記マイクログリッド内の各設備の安定度情報に基づいて、前記停止設備の選択を行うことを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 請求項３に記載のマイクログリッド制御装置において、
前記安定度情報は、予め設定する、又は前記マイクログリッド内の各設備の計測値の標準偏差を所定閾値と比較することで決定することを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 請求項１に記載のマイクログリッド制御装置において、
前記異常リスクには、前記電力系統が停電する確率、前記電力系統の電圧が不安定になる確率が含まれることを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 請求項１に記載のマイクログリッド制御装置において、
前記異常リスクは、気象情報又は他の地域の停電情報に基づいて決定することを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 請求項１に記載のマイクログリッド制御装置において、
前記自立運転準備開始判断部は、前記異常リスクが前記基準値に基づいて定める範囲内に収まっているか否かに基づいて前記移行要否の判断を行うことを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 請求項１に記載のマイクログリッド制御装置において、
前記発電計画には、発電設備ごとの定格出力及び各時刻における運転計画が含まれることを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 請求項１に記載のマイクログリッド制御装置において、
前記需給バランス範囲は、複数の発電設備のＯＮ又はＯＦＦの組合せパターンごとに、発電機出力量と電力需要量とに基づいて算出することを特徴とするマイクログリッド制御装置。 - 電力系統から独立して自立運転が可能なマイクログリッドの制御を行うマイクログリッド制御方法において、
前記電力系統の異常リスクと、前記自立運転に移行する基準を示す基準値とに基づいて前記自立運転への移行要否を判断し、前記自立運転に移行する場合に、前記マイクログリッド内の発電設備の発電計画と、前記発電設備が自立運転移行後に運転継続可能な需給バランス範囲と、前記マイクログリッド内の負荷設備の需要量及び再エネ設備の発電量の予測値とに基づいて、前記需給バランス範囲内に収まるように、前記発電設備、前記負荷設備、又は前記再エネ設備の内少なくとも一つに対して停止指令を行う停止設備を選択することを特徴とするマイクログリッド制御方法。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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