JP7098411B2 - 電力系統の需給調整監視装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電力系統の需給調整監視装置に関する。
電力の安定供給を維持するためには、電力需給バランスを調整して周波数を安定に維持する必要がある。特に再生可能エネルギーの導入が進むにつれて、需給バランス調整の重要性が増している。現在、一般送配電事業者は、需給バランスを調整する目的で調整力を公募により調達している。
そして、今後は調整力の取引を行う需給調整市場が創設され、一般送配電事業者はこの市場において調整力を調達することになる。周波数の安定性を維持するためには、安定性維持に必要な調整力を十分に確保できるかどうかを予測し、その予測に基づいて需給バランス調整をする必要がある。
電力取引市場における取引のために発電量を予測する従来技術として、例えば特開２０１６－０６２１９１（特許文献１）がある。特許文献１には、前日と当日の発電量の予測精度の相違を考慮して、複数の市場へ入札量を最適に配分する技術が開示されている。
特開２０１６－０６２１９１
しかし、特許文献１には将来の発電量の予測や入札量の配分について記載されているものの、必要な調整力を確保できるかどうかを判断する技術は開示されていない。必要な調整力を確保できない場合には、安定的に電力を供給できないおそれがある。
そこで、本発明は、必要な調整力を確保し、安定的に電力を供給できる電力系統の需給調整監視装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する為に本発明は、電力系統の需給調整監視装置において、少なくとも一台の発電機の出力実績値を格納する出力実績値データベースと、発電機への出力指令値を格納する出力指令値データベースと、発電機の調整力計画値を格納する調整力計画値データベースと、出力実績値と、出力指令値と、調整力計画値に基づいて調整力を評価する調整力評価部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、必要な調整力を確保し、安定的に電力を供給できる電力系統の需給調整監視装置を提供することができる。
本発明の実施例１に係る需給調整監視装置とこれを適用した電力系統のハード構成図の例である。 本発明の実施例１に係る電力系統の需給調整監視装置のソフト構成図の例である。 本発明の実施例１に係る需給調整監視装置の処理を示すフローチャートの例である。 本発明の実施例１に係る電力系統の需給調整監視装置の評価指標のイメージ図である。 本発明の実施例１に係る電力系統の需給調整監視装置の評価指標の画面表示の例である。 本発明の実施例２に係る電力系統の需給調整監視装置のソフト構成図の例である。 本発明の実施例２に係る需給調整監視装置の処理を示すフローチャートの例である。 本発明の実施例２に係る電力系統の需給調整監視装置の調整力予測モデルのイメージ図の例である。 本発明の実施例２に係る電力系統の需給調整監視装置の予測結果の画面表示の例である。 本発明の実施例３に係る電力系統の需給調整監視装置のソフト構成図の例である。 本発明の実施例３に係る需給調整監視装置の処理を示すフローチャートの例である。 本発明の実施例３に係る電力系統の需給調整監視装置の調整力予測モデルのイメージ図の例である。 本発明の実施例３に係る電力系統の需給調整監視装置の予測結果の画面表示の例である。
以下、本発明の実施に好適な実施例について説明する。下記はあくまでも実施の例
に過ぎず、下記具体的内容に発明自体が限定されることを意図するものではない。
本発明の実施例１に係る需給調整監視装置を図１から図５を用いて説明する。
図１は、本実施例に係る需給調整監視装置１０と、これを適用した電力系統１のハード構成例を示す概念図である。図１上部は電力系統１の構成例、図１下部は需給調整監視装置１０の構成例を示している。
電力系統１は、ノード１１０、変圧器１２０、複数の発電機１３０、送電線路１４０、負荷１５０を備える。図１では、ノード１１０にノード番号を適宜付与している。ノード１１０には、電力系統の保護、制御、監視などの目的に応じた各種の計測器（図示しない）が適宜設置されている。
複数の発電機１３０と負荷１５０は、ノード１１０、変圧器１２０、送電線路１４０等を介して相互に連系されている。
通信ネットワーク３００は、電力系統１と需給調整監視装置１０とを接続する。計測器で計測された計測データは、信号に変換され、通信ネットワーク３００を介して後述する電力系統の需給調整監視装置１０の通信部２３に送られる。
需給調整監視装置１０は計算機システムで構成されており、ディスプレイ装置等の表示部２１、キーボードやマウス等の入力部２２、通信部２３、ＣＰＵ２４、メモリ２５、各種データベースＤＢを備える。これらはそれぞれバス線２６に接続されている。
表示部２１は、入力された画像データを表示する。例えば、ディスプレイ装置に代えて、またはディスプレイ装置と共に、プリンタ装置又は音声出力装置等を用いる構成でもよい。
入力部２２は、例えば、キーボードスイッチ、マウス等のポインティング装置、タッチパネル、音声指示装置等の少なくともいずれか一つを備えて構成できる。
通信部２３は、通信ネットワークに接続するための回路及び通信プロトコルを備える。
ＣＰＵ２４は、計算プログラムを実行して表示すべき画像データの指示や、各種データベース内のデータの検索等を行う。一つ又は複数の半導体チップとして構成してもよいし、または、計算サーバのようなコンピュータ装置として構成してもよい。
メモリ２５は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）として構成され、コンピュータプログラムを記憶したり、各処理に必要な計算結果データ及び画像データ等を記憶する。メモリ２５に格納された画面データは、表示部２１に送られて表示される。
データベースＤＢとしては、出力実績値データベースＤＢ１、出力指令値データベースＤＢ２、調整力計画値データベースＤＢ３、調整力評価結果データベースＤＢ４を備える。その他適宜必要なデータベースを備えることができる。
電力系統１のノード１１０に設置された計測器によって計測されたデータは、通信ネットワーク３００を介して需給調整監視装置１０の各種データベースＤＢに格納される。
図２は、本実施形態に係る電力系統の需給調整監視装置１０のソフト構成を示す概念図である。
需給調整監視装置１０は、計算機システムで構成されており、出力実績値データベースＤＢ１、出力指令値データベースＤＢ２、調整力計画値データベースＤＢ３、調整力評価結果データベースＤＢ４、調整力評価部１１、調整力評価結果判定部１４を備える。各種データベースＤＢは、需給調整を監視する対象である発電機ごとに備えても良いし、複数の発電機ごとに備えるようにしても良い。
出力実績値データベースＤＢ１には、１台または複数台の発電機１３０の出力実績値が格納されている。出力実績値は、単位時間ごとに発電機が実際に出力した値である。
出力指令値データベースＤＢ２には、１台または複数台の発電機１３０への出力指令値が格納されている。出力指令値は、単位時間ごとに出力配分計算により決定され、発電機に対して送信される指令値である。
調整力計画値データベースＤＢ３には、１台または複数台の発電機１３０の調整力計画値（応動速度、容量など）が格納されている。
調整力評価結果データベースＤＢ４には、１台または複数台の発電機１３０の調整力評価結果（インバランス評価、応動速度、容量など）が格納されている。
調整力評価部１１は、出力実績値データベースＤＢ１に格納された出力実績値、出力指令値データベースＤＢ２に格納された出力指令値、調整力計画値データベースＤＢ３に格納された調整力計画値を取得し、これらを入力として後述する方法により調整力を評価する。調整力評価部１１から出力された調整力評価結果は、調整力評価結果データベースＤＢ４に格納される。
調整力評価結果判定部１４は、調整力評価部１１から出力された調整力評価結果が調整力判定値を満たすかどうかを判定する。本実施例でいう調整力判定値は、予め設定された閾値、調整力の計画値などである。
調整力評価部１１が調整力を評価する方法について、図３を用いて説明する。図３は、電力系統の需給調整監視の処理のフローチャートを示す。
ステップＳ１では、複数の発電機１３０のうち、調整力を持つ発電機の中から１台の発電機又は複数台の発電機群を選択する。
ステップＳ２では、調整力評価部１１は、選択した発電機における出力実績値と出力指令値の過去データと調整力計画値をそれぞれ出力実績値データベースＤＢ１、出力指令値データベースＤＢ２、調整力計画値データベースＤＢ３から取得する。
ステップＳ３では、選択した発電機における調整力評価を実施する。図４は、電力系統の需給調整監視装置１０の評価指標のイメージ図を示す。ここでは、時刻ｔ－ｘから現在時刻ｔまでの間の評価指標の例として、インバランス、応動速度、容量を挙げている。
インバランスａは、出力実績値と出力指令値の差である。評価指標としては、例えば時刻ｔ－ｘから現在時刻ｔまでの間の平均値を用いる。
応動速度ｂは、一定の時間断面に対する出力変化の最大値である。
容量ｃは、一定の時間断面に対する発電機出力の最大値と最小値の差である。
表示部２１の画面構成例について、図５を用いて説明する。図５は、電力系統の需給調整監視装置の評価指標の画面表示の例を示す。
調整力評価部１１により算出された調整力評価結果は、調整力評価結果データベースＤＢ４に格納される。表示部２１は、調整力評価結果データベースＤＢ４に格納された調整力評価結果を取得し、発電機ごとに調整力評価結果を表示する。
図５ではすべての発電機の調整力評価結果を一度に表示する例を示したが、これに限られず特定の一または複数の発電機の調整力評価結果が表示されるようにしても良い。また、調整力評価部１１により算出された調整力評価結果が一旦調整力評価結果データベースＤＢ４に格納された後、表示部２１に表示される場合を例に説明したが、調整力評価部１１から出力された調整力評価結果を直接表示部２１に表示するようにしても良い。
ステップＳ４では、調整力評価結果判定部１４は、ステップ３で算出された調整力評価結果が調整力判定値を満たすかどうかを判定する。調整力評価結果が調整力判定値に満たなかった場合には、アラームで警告するようにしてもよい。
ステップＳ５では、全ての発電機の調整力評価が完了したかどうかを判断する。全ての発電機の調整力評価が終了している場合にはフローチャートの処理を終了する。全ての発電機の調整力評価が終了していない場合にはステップＳ１に戻る。
実施例１によれば、出力実績値、出力指令値、調整力計画値を入力として、調整力を評価することで、調整力評価結果が必須確保量や計画値を満たすかどうかを判断することができる。調整力評価結果が必須確保量や計画値に満たなかった場合には、一般送配電事業者は追加で調整力を確保する等の処置を取ることにより、周波数を安定に維持することができる。すなわち、必要な調整力を確保し、安定的に電力を供給できる電力系統の需給調整監視装置を提供することができる。
本発明の実施例２に係る需給調整監視装置を図６から図９を用いて説明する。なお、実施例１で説明した内容と重複する説明については省略する。
図６に、本実施例の電力系統の需給調整監視装置１０を示す。実施例１の需給調整監視装置との違いは、調整力予測結果データベースＤＢ５、気象情報データベースＤＢ６、調整力予測モデル作成部１２、調整力予測部１３をさらに備える点にある。
気象情報データベースＤＢ５には、発電機１３０の設置地点の気象情報（例えば日射量、風速等）が格納されている。気象情報は、発電機１３０から所定の範囲内に設置された気象観測計（日射計、風速計等）で観測される。
調整力予測結果データベースＤＢ６には、発電機１３０の調整力の予測結果が格納されている。
調整力予測モデル作成部１２は、調整力評価部１１から入力された調整力評価結果、気象情報データベースＤＢ６から取り込んだ気象情報に基づいて、後述する方法により調整力予測モデルを作成する。
調整力予測部１３は、調整力予測モデル作成部１２で作成された調整力予測モデルを用いて、現在の気象情報を入力として後述する方法により調整力を予測する。
調整力予測モデル作成部１２が調整力予測モデルを作成し、調整力予測部１３が調整力を予測する方法について、図７を用いて説明する。図７は、電力系統の需給調整監視の処理のフローチャートを示す。
ステップＳ２１～Ｓ２３は、実施例１の図３におけるＳ１～Ｓ３に相当する。調整力を持つ発電機の中から１台の発電機又は複数台の発電機群を選択し（Ｓ２１）、調整力評価部１１が出力実績値と出力計画値の過去データと調整力計画値を取得し（Ｓ２２）、調整力を評価する（Ｓ２３）までのステップは図３に示す処理と同様である。
ステップＳ２４では、調整力予測モデル作成部１２は、発電機１３０の設置地点の気象情報（例えば日射量、風速等）の過去データを気象情報データベースＤＢ６から取得する。
ステップＳ２５では、調整力予測モデル作成部１２は、ステップＳ２３で評価した調整力評価結果とステップ２４で取得した気象情報を入力として、調整力予測モデル（回帰モデル等）を作成する。例えば、応動速度（調整力評価結果）と気象情報（日射量）を入力値とし、相関関係を取る。
図８は、電力系統の需給調整監視装置の調整力予測モデルのイメージ図の例である。例えば、調整力を持つ発電機が太陽光発電である場合には、日射量の大きさによって応動速度（調整力）が変化する。
ステップＳ２６では、発電機の設置地点の気象情報（日射量、風速等）のリアルタイムデータを発電機１３０から所定の範囲内に設置された気象観測計（日射計、風速計等）から取得する。
ステップＳ２７では、調整力予測部１３は、ステップＳ２５で作成した調整力予測モデルとステップＳ２６で取得した気象情報のリアルタイムデータとを用いて、調整力を予測する。
表示部２１の画面構成例について、図９を用いて説明する。図９は、電力系統の需給調整監視装置の調整力予測結果の画面表示の例を示す。
調整力予測部１３により算出された調整力予測結果は、調整力予測結果データベースＤＢ５に格納される。表示部２１は、調整力予測結果データベースＤＢ５に格納された調整力予測結果を取得し、発電機ごとに調整力評価結果を表示する。
図９ではすべての発電機の調整力予測結果を一度に表示する例を示したが、これに限られず特定の一または複数の発電機についての調整力予測結果が表示されるようにしても良い。また、調整力予測部１３により算出された調整力予測結果が一旦調整力予測結果データベースＤＢ５に格納された後、表示部２１に表示される場合を例に説明したが、調整力予測部１３から出力された調整力予測結果を直接表示部２１に表示するようにしても良い。
ステップＳ２８では、全ての発電機の調整力予測が完了したかどうかを判断する。全ての発電機の調整力予測が終了している場合にはフローチャートの処理を終了する。全ての発電機の調整力予測が終了していない場合にはステップＳ２１に戻る。
実施例２によれば、調整力評価結果、気象情報を入力として調整力予測モデルを作成することで、調整力を予測することができる。
気象状況によっては確保できる調整力が異なり予測結果と実績値が変わる可能性があるが、本実施例ではこれを考慮して調整力を高精度に予測できる。また、高精度な予測結果に基づいて一般送配電電気事業者は調整力を調達できるため、安定的に電力を供給することができる。
本発明の実施例３に係る需給調整監視装置を図１０から図１３を用いて説明する。なお、実施例１で説明した内容と重複する説明については省略する。
図１０に、本実施例に係る電力系統の需給調整監視装置１０を示す。実施例１の需給調整監視装置との違いは、調整力予測結果ＤＢ５、別電力市場取引実績値データベースＤＢ７、別電力市場取引計画値データベースＤＢ８、調整力予測モデル作成部１２、調整力予測部１３をさらに備える点にある。
調整力予測結果データベースＤＢ５には、発電機１３０の調整力の予測結果が格納されている。
別電力市場取引実績値データベースＤＢ７には、別電力市場の取引実績値が格納されている。
別電力市場取引計画値データベースＤＢ８には、別電力市場の取引計画値が格納されている。
調整力予測モデル作成部１２は、調整力評価結果データベースＤＢ４から取得した調整力評価結果、別電力市場取引実績値データベースＤＢ７から取得した別電力市場の取引実績値、別電力市場取引計画値データベースＤＢ８から取得した別電力市場の取引計画値を入力として調整力予測モデルを作成する。
調整力予測部１３は、後述する調整力予測モデルに別市場の取引実績値及び計画値を入力として調整力を予測する。
調整力予測部１３が調整力を予測する方法について、図１１を用いて説明する。図１１は、電力系統の需給調整監視の処理のフローチャートを示す。
ステップＳ３１～Ｓ３３は、実施例１の図３におけるＳ１～Ｓ３に相当する。調整力を持つ発電機の中から１台の発電機又は複数台の発電機群を選択し（Ｓ３１）、調整力評価部１１が出力実績値と出力計画値の過去データと調整力計画値を取得し（Ｓ３２）、調整力を評価する（Ｓ３３）までのステップは図３に示す処理と同様である。
ステップＳ３４では、調整力予測モデル作成部１２は、別電力市場の取引実績値及び計画値の過去データを別電力市場取引実績値データベースＤＢ７及び別電力市場取引計画値データベースＤＢ８から取得する。
ステップＳ３５では、調整力予測モデル作成部１２は、ステップＳ３３で評価した調整力評価結果とステップＳ３４で取得した別電力市場取引実績値及び計画値を入力として、調整力予測モデル（回帰モデル等）を作成する。例えば、調整力の計画値と実績値の差分、電力市場取引Ａ・Ｂの計画値と実績値の差分を入力値とし、相関関係を取る。
図１２は、電力系統の需給調整監視装置の調整力予測モデルのイメージ図の例である。例えば、別の電力市場である電力市場取引Ａの計画値と実績値の差分が大きい場合に、調整力の計画値と実績値の差分も大きいと判断することができる。
ステップＳ３６では、別電力市場取引計画値のリアルタイムデータを取得する。
ステップＳ３７では、調整力予測部１３は、ステップＳ３５で作成した調整力予測モデルとステップＳ３６で取得した別電力市場取引計画値のリアルタイムデータとを用いて、調整力を予測する。
図１３は、電力系統の需給調整監視装置の調整力予測結果の画面表示の例である。発電機ごとに調整力予測結果を一覧可能である。
ステップＳ３８では、全ての発電機の調整力予測が完了したかどうかを判断する。全ての発電機の調整力予測が終了している場合にはフローチャートの処理を終了する。全ての発電機の調整力予測が終了していない場合にはステップＳ３１に戻る。
実施例３によれば、調整力評価結果、別電力市場取引実績値及び計画値を入力として調整力予測モデルを作成することで、調整力を予測することができる。
別電力市場取引実績値及び計画値と確保できる調整力には相関関係があると想定され、本実施例ではこれを考慮して調整力を高精度に予測できる。また、高精度な予測結果に基づいて一般送配電電気事業者は調整力を調達できるため、安定的に電力を供給することができる。
ＤＢ１ 出力実績値データベース
ＤＢ２ 出力指令値データベース
ＤＢ３ 調整力計画値データベース
ＤＢ４ 調整力評価結果データベース
ＤＢ５ 調整力予測結果データベース
ＤＢ６ 気象情報データベース
ＤＢ７ 別電力市場取引実績値データベース
ＤＢ８ 別電力市場取引計画値データベース
１ 電力系統
１０ 電力系統の需給調整監視装置
１１ 調整力評価部
１２ 調整力予測モデル作成部
１３ 調整力予測部
１４ 調整力評価結果判定部
２１ 表示部
２２ 入力部
２３ 通信部
２４ ＣＰＵ
２５ メモリ
２６ バス線
１１０ ノード
１２０ 変圧器
１３０ 発電機
１４０ 送電線路
１５０ 負荷
３００ 通信ネットワーク

Claims (7)

  1. 電力系統の需給調整監視装置であって、
    少なくとも一台の発電機の出力実績値を格納する出力実績値データベースと、
    前記発電機への出力指令値を格納する出力指令値データベースと、
    前記発電機の調整力の評価指標として応動速度、インバランス、容量のいずれか１つについて、その計画値である調整力計画値を格納する調整力計画値データベースと、
    前記発電機の前記出力実績値と前記出力指令値の間における応動速度、インバランス、容量のいずれか１つを前記発電機の調整力の評価指標として、前記調整力計画値の評価指標と前記調整力の評価指標を調整力評価結果として求める調整力評価部と、
    前記発電機から所定の範囲内に設置された気象観測計と、
    前記気象観測計で計測された気象情報を格納する気象情報データベースと、
    過去の気象情報と、前記調整力評価部で評価された調整力評価結果とに基づいて、調整力予測モデルを作成する調整力予測モデル作成部と、
    前記調整力予測モデルと、現在の気象情報に基づいて調整力を予測する調整力予測部と、
    前記発電機の調整力の予測結果を格納した調整力予測結果データベースとを備えることを特徴とする電力系統の需給調整監視装置。
  2. 請求項１に記載の電力系統の需給調整監視装置であって、
    前記調整力評価部で評価された調整力評価結果が、調整力判定値を満たすか否かを判定する調整力評価結果判定部を備えることを特徴とする電力系統の需給調整監視装置。
  3. 前記調整力予測結果データベースに格納された前記発電機の調整力の予測結果は、第１の市場における発電機について求められたものである請求項１に記載の電力系統の需給調整監視装置であって、
    別市場の取引実績値を格納する別電力市場取引実績値データベースと、
    別市場の取引計画値を格納する別電力市場取引計画値データベースと、
    過去の別市場の取引実績値と、過去の別市場の取引計画値と、前記調整力評価部で評価された調整力評価結果に基づいて、調整力予測モデルを作成する調整力予測モデル作成部と、
    前記調整力予測モデルと、現在の別市場の取引実績値と、現在の別市場の取引計画値に基づいて調整力を予測する調整力予測部を備えることを特徴とする電力系統の需給調整監視装置。
  4. 請求項３に記載の電力系統の需給調整監視装置であって、
    前記調整力予測部は、前記現在の別市場の取引実績値と、現在の別市場の取引計画値との差分の大きさに基づいて、調整力の計画値と調整力の実績値との差分の大きさを予測することを特徴とする電力系統の需給調整監視装置。
  5. 計算機を用いた電力系統の需給調整監視方法であって、
    発電機の調整力の評価指標として応動速度、インバランス、容量のいずれか１つについて、その計画値を調整力計画値とし、前記発電機の出力実績値と出力指令値の間における応動速度、インバランス、容量のいずれか１つを前記発電機の調整力の評価指標とし、前記調整力計画値の評価指標と前記調整力の評価指標を調整力評価結果として求め、
    前記発電機から所定の範囲内に設置された気象観測計で計測された過去の気象情報と、前記調整力評価結果とに基づいて、調整力予測モデルを作成し、
    前記調整力予測モデルと、現在の気象情報に基づいて調整力を予測することを備えることを特徴とする電力系統の需給調整監視方法。
  6. 請求項５に記載の電力系統の需給調整監視方法であって、
    評価された調整力評価結果が、調整力判定値を満たすか否かを判定することを特徴とする電力系統の需給調整監視方法。
  7. 前記発電機の調整力の予測結果は、第１の市場における発電機について求められたものである請求項５に記載の電力系統の需給調整監視方法であって、
    過去の別市場の取引実績値と、過去の別市場の取引計画値と、評価された調整力評価結果に基づいて、調整力予測モデルを作成し、
    前記調整力予測モデルと、現在の別市場の取引実績値と、現在の別市場の取引計画値に基づいて調整力を予測することを特徴とする電力系統の需給調整監視方法。
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