JP7240862B2 - 周波数制御装置および周波数制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統に適用可能な周波数制御装置および周波数制御方法に関する。

電力系統において負荷変動などにより需給アンバランスが発生すると、周波数変動が発生する。負荷周波数制御（Ｌｏａｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下、ＬＦＣと言う）では、数分～２０分程度の負荷変動（再生可能エネルギー（以下、再エネと言う）変動を含む）に対して、中央給電指令所で負荷変動量を計算し、この負荷変動量に追従する発電量を各発電機に指令することで、系統周波数を許容範囲に抑制する。この負荷変動量を地域要求量（Ａｒｅａ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ：以下、ＡＲと言う）と定義し、このＡＲを満たすように発電機に対し出力指令することで、需給平衡を保つことができる。

出力指令は全ての発電機に出されるわけでなく、短周期で出力を変更できる発電機（以下、ＬＦＣ対象発電機と言う）に対して出される。なお、通常の運用では、数分～２０分程度の負荷変動の調整力（以下、ＬＦＣ調整力と言う）は、系統容量の１～２％程度が確保される。連系された各電力系統では、主に以下の２つのＬＦＣ方式が採用される。

１つ目のＬＦＣ方式は、定周波数制御方式（Ｆｌａｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下、ＦＦＣ方式と言う）である。ＦＦＣ方式では、系統周波数偏差Δｆを検出し、系統周波数偏差Δｆを低減すべくＬＦＣ対象発電機に対して発電機出力指令を送ることで、周波数を規定値に保つ。

２つ目のＬＦＣ方式は、周波数バイアス連系線潮流制御方式（Ｔｉｅ Ｌｉｎｅ Ｂｉａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ、以下、ＴＢＣ方式と言う）である。ＴＢＣ方式では、系統周波数偏差Δｆと連系線潮流偏差ΔＰｔを検出し、系統周波数偏差Δｆと連系線潮流偏差ΔＰｔで定まる値を低減すべくＬＦＣ対象発電機に対して発電機出力指令を送ることで、自エリア内の周波数を規定値に保つ。ＴＢＣ方式におけるＡＲは以下の（１）式で算出される。（１）式においてＫは系統定数である。なお、ＦＦＣ方式では、ＴＢＣ方式の（１）式から周波数偏差Δｆを省略することでＡＲが算出される。

ＡＲ＝－Ｋ×Δｆ＋ΔＰｔ・・・（１）

（１）式で算出したＡＲを変化速度ごとなどに火力発電機や水力発電機に分担させることで、需給バランスを取る。ここで、太陽光発電および風力発電などによる再エネが電力系統に大量に導入され、それに伴う需給アンバランスが大きくなると、周波数変動を防止できない恐れがある。

また、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、この需給調整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、多様化する調整力の特徴を踏まえて、周波数を管理目標範囲内に維持しつつコストを低減する必要がある。

ＬＦＣに関し、特許文献１に開示された方式が知られている。特許文献１には、電力系統負荷周波数制御システムにおいて、ＡＲを計算して各発電機Ｇ１～Ｇｎに配分すると記載されている。

特開２００２－２０９３３６号公報

しかしながら、特許文献１の電力系統負荷周波数制御方法では、多様化する調整力の特徴を踏まえて管理目標範囲内に周波数を維持しつつコストを低減できない可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、電力系統の負荷周波数制御における出力配分の柔軟性を向上させることが可能な周波数制御装置および周波数制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の観点に係る周波数制御装置は、電力の出力配分を示す出力配分重み付けパラメータに基づいて、負荷周波数制御のシミュレーションを実施するシミュレーション部と、前記負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを決定するパラメータ決定部と、前記負荷周波数制御に用いられる地域要求量を計算するＡＲ計算部と、前記パラメータ決定部で決定された出力配分重み付けパラメータと、前記ＡＲ計算部で計算された地域要求量に基づいて、前記出力配分を決定する出力配分部とを備える。

本発明によれば、電力系統の負荷周波数制御における出力配分の柔軟性を向上させることができる。

図１は、第１実施形態に係る電力系統に接続された周波数制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図２は、第１実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図３は、図２の周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。 図４は、図３の出力配分重み付けパラメータ作成処理を示すフローチャートである。 図５は、図４の出力配分重み付けパラメータ作成処理で用いられる調整用パラメータの一例を示す図である。 図６は、第２実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図７は、図６の最適モデル作成部で作成される最適モデルを説明する図である。 図８は、第３実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図９は、図８のシミュレーション結果比較部による比較結果の一例を示す図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている諸要素およびその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１実施形態に係る電力系統に接続された周波数制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
図１において、周波数制御装置１０Ａは、例えば、計算機システムで構成される。このとき、周波数制御装置１０Ａは、出力部２１、入力部２２、通信部２３、プロセッサ２４、メモリ２５および記憶装置２６を備えることができる。表示部２１、入力部２２、通信部２３、プロセッサ２４、メモリ２５および記憶装置２６は、バス２７を介して接続されている。

表示部２１は、周波数制御装置１０Ａ内で扱われるパラメータおよび周波数制御装置１０Ａ内での処理結果などを表示する。表示部２１は、ディスプレイ装置であってもよいし、ディスプレイ装置とともにプリンタ装置または音声出力装置などを用いてもよい。

入力部２２は、周波数制御装置１０Ａを動作させるための各種条件などを入力する。入力部２２は、キーボードおよびマウスなどを使用できる他、タッチパネルまたは音声指示装置などの少なくともいずれか一つを備えるようにしてもよい。

通信部２３は、通信ネットワーク３００に接続するための回路および通信プロトコルを備える。通信ネットワーク３００は、インターネットなどのＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＷｉＦｉなどのＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＷＡＮとＬＡＮが混在していてもよい。

プロセッサ２４は、コンピュータプログラムを実行し、記憶装置２６に記憶されている各種データベース内のデータの検索、処理結果の表示指示、電力系統２０の負荷周波数制御に関する処理などを行う。プロセッサ２４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよいし、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。プロセッサ２４は、シングルコアロセッサであってもよいし、マルチコアロセッサであってもよい。プロセッサ２４は、処理の一部または全部を行うハードウェア回路（例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ））を備えていてもよい。プロセッサ２４は、ニューラルネットワークを備えていてもよい。プロセッサ２４は、１つまたは複数の半導体チップとして構成してもよいし、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および計算結果データを記憶したり、各処理に必要なワークエリアをプロセッサ２４に提供したりする。

記憶装置２６は、大容量の記憶容量を有する記憶デバイスであり、例えば、ハードディスク装置やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）である。記憶装置２６は、各種プログラムの実行ファイルやプログラムの実行に用いられるデータを保持することができる。記憶装置２６は、需要データベースＤＢ１、再エネ出力データベースＤＢ２、系統解析条件データベースＤＢ３、調整力電源データベースＤＢ４、シミュレーション結果データベースＤＢ５および出力指令値データベースＤＢ６を保持することができる。また、記憶装置２６は、周波数制御プログラムを保持することができる。周波数制御プログラムは、周波数制御装置１０Ａにインストール可能なソフトウェアであってもよいし、周波数制御装置１０Ａにファームウェアとして組み込まれていてもよい。

需要データベースＤＢ１は、電力需要の実績値または予測値を格納する。再エネ出力データベースＤＢ２は、再エネ出力の実績値または予測値を格納する。系統解析条件データベースＤＢ３は、統解析条件である発電機の並解列スケジュールおよび増分燃料費を格納する。調整力電源データベースＤＢ４は、調整力電源の属性である電力の市場価格、出力変化速度および容量を格納する。シミュレーション結果データベースＤＢ５は、周波数変動とコストと出力配分重み付けパラメータなどの負荷周波数制御のシミュレーション結果を格納する。ここで言うコストは、調整力電源の燃料コストの他、調達コストを含んでいてもよい。出力指令値データベースＤＢ６は、各調整力電源への出力指令値を格納する。本明細書では、負荷周波数制御における出力配分の分配先を調整力電源と言う。調整力電源は、発電機、蓄電池およびデマンドレスポンスの少なくともいずれか１つから選択することができる。

周波数制御装置１０Ａは、通信ネットワーク３００を介して、電力系統２０の計測情報などにアクセスすることができる。電力系統２０は、複数の発電機２３Ａ～２３Ｄおよび負荷２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｄ～２５Ｆが、母線（ノード）２１Ａ～２１Ｆ、変圧器２２Ａ～２２Ｄおよび送電線路（ブランチ）２４Ａ～２４Ｅなどを介して相互に連系されたシステムである。ここで言う発電機２３Ａ～２３Ｄは、例えば、火力発電機、水力発電機または原子力発電機である。ノード２１Ａ～２１Ｆには、電力系統２０の保護、制御および監視のための各種の計測器が設置されている。また、各ノード２１Ａ～２１Ｄには、蓄電池２６Ａ～２６Ｄおよび再エネ発電機２７Ａ～２７Ｄが接続されている。再エネ発電機２７Ａ～２７Ｄは、例えば、太陽光発電機、太陽熱発電機または風力発電機である。

周波数制御装置１０Ａは、必要に応じて、計測器で検知した信号などに、通信ネットワーク３００を介してアクセスし、系統周波数偏差Δｆおよび連系線潮流偏差ΔＰｔを取得することができる。

プロセッサ２４が周波数制御プログラムをメモリ２５に読み出し、周波数制御プログラムを実行することにより、電力の出力配分を示す出力配分重み付けパラメータに基づいて、ＬＦＣのシミュレーションを実施し、ＬＦＣのシミュレーション結果に基づいて、出力配分重み付けパラメータを決定し、ＬＦＣに用いられるＡＲを計算し、出力配分重み付けパラメータとＡＲに基づいて、調整力電源への出力配分を決定することができる。出力配分は、発電機２３Ａ～２３Ｄ、蓄電池２６Ａ～２６Ｄおよびデマンドレスポンスに割り当てることができる。

ＡＲの計算には、ＦＦＣ方式を用いてもよいし、ＴＢＣ方式を用いてもよい。ＴＢＣ方式では、（１）式からＡＲを計算することができる。ＦＦＣ方式では、ＴＢＣ方式の（１）式から周波数偏差Δｆを省略することでＡＲを計算することができる。なお、系統周波数偏差Δｆおよび連系線潮流偏差ΔＰｔのうち、系統周波数偏差Δｆのみを用いてＡＲを計算するようにしてもよい。

出力配分重み付けパラメータの決定では、プロセッサ２４は、調整力電源の属性に基づいて出力配分重み付けパラメータを作成し、負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて出力配分重み付けパラメータを選択することができる。

出力配分重み付けパラメータの選択では、プロセッサ２４は、作成した複数の出力配分重み付けパラメータのうち、ＬＦＣのシミュレーション結果から得られる周波数が管理目標範囲内かつコストが最小である出力配分重み付けパラメータを選択することができる。

これにより、調整力電源の出力配分を変化させた時に電力系統２０の周波数変動およびコストがどのように変化するかをＬＦＣのシミュレーションにて予測し、そのシミュレーション結果に基づいて調整力電源の実際の出力配分を決定することができる。このＬＦＣのシミュレーションでは、再エネ出力、電力需要、発電機の増分燃料費および調整力電源の市場価格などを参照することができる。このため、再エネ出力や需給調整市場における調整力の取引が増大した場合においても、電力系統２０の周波数の安定性を維持しつつコストを低減可能な出力配分を決定することができる。

なお、周波数制御プログラムの実行は、複数のプロセッサやコンピュータに分担させてもよい。あるいは、プロセッサ２４は、通信ネットワーク３００を介してクラウドコンピュータなどに周波数制御プログラムの全部または一部の実行を指示し、その実行結果を受け取るようにしてもよい。

また、図１では、周波数制御装置１０Ａが、需要データベースＤＢ１、再エネ出力データベースＤＢ２、系統解析条件データベースＤＢ３、調整力電源データベースＤＢ４、シミュレーション結果データベースＤＢ５および出力指令値データベースＤＢ６を保持する例を示したが、需要データベースＤＢ１、再エネ出力データベースＤＢ２、系統解析条件データベースＤＢ３、調整力電源データベースＤＢ４、シミュレーション結果データベースＤＢ５および出力指令値データベースＤＢ６の少なくともいずれか１つをクラウドサーバに保持させるようにしてもよい。

図２は、第１実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図２において、周波数制御装置１０Ａは、需要データベースＤＢ１、再エネ出力データベースＤＢ２、系統解析条件データベースＤＢ３、調整力電源データベースＤＢ４、シミュレーション結果データベースＤＢ５、出力指令値データベースＤＢ６、出力配分重み付けパラメータ作成部１１、負荷周波数制御シミュレーション部１２、出力配分重み付けパラメータ選択部１３、ＡＲ計算部１４および出力配分部１５を備える。

出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、調整力電源データベースＤＢ４に格納されている市場価格と出力変化速度と容量などを入力として、出力配分重み付けパラメータを作成し、負荷周波数制御シミュレーション部１２に出力する。

負荷周波数制御シミュレーション部１２は、ＬＦＣのシミュレーションを実施し、周波数変動とコストと出力配分重み付けパラメータなどのシミュレーション結果を出力配分重み付けパラメータ選択部１３および出力指令値データベースＤＢ６に出力する。ＬＦＣのシミュレーションでは、電力系統２０の数分～２０分程度の負荷変動に対して負荷変動量を計算し、この負荷変動量に追従させる調整力の出力配分を予測する。ＬＦＣのシミュレーションでは、負荷周波数制御シミュレーション部１２は、需要データベースＤＢ１に格納されている電力需要と、再エネ出力データベースＤＢ２に格納されている再エネ出力と、系統解析条件データベースＤＢ３に格納されている発電機の発電機の並解列スケジュールと増分燃料費と、出力配分重み付けパラメータを入力として用いる。なお、電力需要と再エネ出力は、過去データから得られた実績値を用いるようにしてもよいし、予測値を用いるようにしてもよい。

出力配分重み付けパラメータ選択部１３は、ＬＦＣのシミュレーション結果を入力として、出力配分重み付けパラメータ作成部１１で作成された出力配分重み付けパラメータの中から、周波数を管理目標範囲内に維持しつつコストを低減可能な出力配分重み付けパラメータを選択し、出力配分部１５に出力する。

ＡＲ計算部１４は、周波数変動Δｆおよび連系線潮流変動ΔＰｔを入力として、ＡＲを計算し、出力配分部１５に出力する。ＡＲの計算には、ＡＲ計算部１４は、（１）式を用いることができる。なお、ＡＲの計算では、系統周波数偏差Δｆおよび連系線潮流偏差ΔＰｔのうち、両方を用いるようにしてもよいし、どちらか一方を用いるようにしてもよい。

出力配分部１５は、出力配分重み付けパラメータ選択部１３で選択された出力配分重み付けパラメータと、ＡＲ計算部１４で計算されたＡＲを入力として、各調整力電源への出力指令値を計算し、出力指令値を出力する。また、出力配分部１５は、各調整力電源への出力指令値を出力指令値データベースＤＢ６に格納する。

図３は、図２の周波数制御装置の処理を示すフローチャートである。
図３において、ステップＳ１では、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、図２の調整力電源データベースＤＢ４を参照し、各調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などを用いて出力配分重み付けパラメータを作成する。このとき、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、出力配分重み付けパラメータを調整力電源ごとに変化させた複数のパターンを作成することができる。出力配分重み付けパラメータは、調整力電源ごとにランダムに変化させてもよいし、一部の調整力電源については出力配分重み付けパラメータを固定し、残りの調整力電源について出力配分重み付けパラメータを変化させるようにしてもよい。そして、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、出力配分重み付けパラメータとともに調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などの情報を調整用パラメータとして負荷周波数制御シミュレーション部１２に出力する。

ここで、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、電力系統２０の負荷周波数制御を実際に実施する必要がある時刻までに、負荷周波数制御シミュレーション部１２におけるシミュレーションが完了するように、出力配分重み付けパラメータを調整力電源ごとに変化させたパターンの数を設定する。例えば、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、電力系統２０の負荷周波数制御が実際に実施される周期ごとに、出力配分重み付けパラメータを調整力電源ごとに変化させたパターンを数十個から数百個作成することができる。

ステップＳ２では、負荷周波数制御シミュレーション部１２は、図２の需要データベースＤＢ１、再エネ出力データベースＤＢ２および系統解析条件データベースＤＢ３を参照し、電力需要と再エネ出力と系統解析条件と出力配分重み付けパラメータを用いてＬＦＣのシミュレーションを実施する。電力需要と再エネ出力については、リアルタイム情報を可能な限り模擬するために、直近の過去データを用いてもよいし、過去データを基に予測したデータを用いてもよい。出力配分重み付けパラメータについては、ステップＳ１で決定した全てのパラメータ（調整用パラメータ１、２、・・・）においてシミュレーションを実施する。なお、ＬＦＣのシミュレーションにおける実施間隔や実施時間は、適宜決めることができる。

ステップＳ３では、出力配分重み付けパラメータ選択部１３は、ＬＦＣのシミュレーション結果より、全てのパラメータの中から出力配分重み付けパラメータを選択する。例えば、出力配分重み付けパラメータ選択部１３は、周波数が管理目標範囲内かつコストが最小となる出力配分重み付けパラメータを選択する。

ステップＳ４では、ＡＲ計算部１４は、例えば、ＴＢＣ方式における系統周波数偏差Δｆと連系線潮流偏差ΔＰｔを用いてＡＲを計算する。

ステップＳ５では、出力配分部１５は、出力配分重み付けパラメータを基にＡＲを配分し、各調整力電源への出力指令値を決定する。

図４は、図３の出力配分重み付けパラメータ作成処理を示すフローチャートである。
図４において、ステップＳ１Ａでは、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、各調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などのデータを取り込む。

ステップＳ１Ｂでは、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、調整用パラメータの項目を決定する。調整用パラメータの項目は、各調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などである。調整用パラメータの項目は、手動で決定してもよく、何らかの手法によって自動で決定してもよい。

ステップＳ１Ｃでは、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、調整用パラメータの刻みを決定する。調整用パラメータの刻みは、ＡＲを分担する調整力電源に割り当てられる出力配分の最小単位を示すことができる。調整用パラメータの刻みは、手動で決定してもよく、何らかの手法によって自動で決定してもよい。

図５は、図４の出力配分重み付けパラメータ作成処理で用いられる調整用パラメータの一例を示す図である。なお、図５では、調整用パラメータの項目として、各調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量が設定され、調整用パラメータの刻みが、出力配分重み付けパラメータの１０％に設定されている例を示した。

図５において、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、調整力電源として、電源Ａ、Ｂ、デマンドレスポンスＤＲＡおよび蓄電池ＤＡ、ＤＢを選択したものとする。このとき、調整用パラメータ１では、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、電源Ａ、Ｂ、デマンドレスポンスＤＲＡおよび蓄電池ＤＡ、ＤＢのそれぞれに対して、例えば、出力配分重み付けパラメータを６０％、１０％、１０％、１０％および１０％に設定することができる。ここで、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、調整用パラメータ１について、出力配分重み付けパラメータの合計が１００％になるようにして、１０％刻みで出力配分を設定する。

また、調整用パラメータ２では、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、電源Ａ、Ｂ、デマンドレスポンスＤＲＡおよび蓄電池ＤＡ、ＤＢのそれぞれに対して、例えば、出力配分重み付けパラメータを５０％、２０％、１０％、１０％および１０％に設定することができる。ここで、出力配分重み付けパラメータ作成部１１は、調整用パラメータ２について、出力配分重み付けパラメータの合計が１００％になるようにして、１０％刻みで出力配分を設定する。

出力配分重み付けパラメータ作成部１１にて設定された出力配分重み付けパラメータは、負荷周波数制御シミュレーション部１２に入力される。負荷周波数制御シミュレーション部１２は、電力需要と再エネ出力と系統解析条件と出力配分重み付けパラメータを用いてＬＦＣのシミュレーションを実施することにより、電力系統２０の周波数変動およびコストを出力する。

出力配分重み付けパラメータ選択部１３は、負荷周波数制御シミュレーション部１２から出力された周波数変動およびコストに基づいて、電源Ａ、Ｂ、デマンドレスポンスＤＲＡおよび蓄電池ＤＡ、ＤＢのそれぞれについての出力配分重み付けパラメータを選択することができる。

図１の表示部２１は、出力配分重み付けパラメータ作成部１１で作成された調整用パラメータ１、２、・・・および負荷周波数制御シミュレーション部１２で計算された周波数変動およびコストを表示することができる。このとき、ユーザは、表示部２１に表示された周波数変動およびコストを参照し、出力配分重み付けパラメータを選択するようにしてもよい。

以上説明したように、上述した第１実施形態によれば、調整力電源のデータを基に作成した出力配分重み付けパラメータを入力とした事前シミュレーションにより、周波数が管理目標範囲内かつコストが最小の出力配分重み付けパラメータを決定することができ、管理目標範囲内に周波数を維持しつつコストを低減することができる。

図６は、第２実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図６において、周波数制御装置１０Ｂは、図２の周波数制御装置１０Ａの構成に加え、最適モデル作成部１６を備える。最適モデル作成部１６は、出力配分重み付けパラメータ作成部１１で作成される出力配分重み付けパラメータを最適化する最適モデルを作成し、その最適モデルで最適化された出力配分重み付けパラメータを出力配分重み付けパラメータ作成部１１に出力する。最適モデルの作成では、最適モデル作成部１６は、需要データベースＤＢ１に格納されている電力需要と、再エネ出力データベースＤＢ２に格納されている再エネ出力と、系統解析条件データベースＤＢ３に格納されている発電機の並解列スケジュールと増分燃料費と、調整力電源データベースＤＢ４に格納されている調整力電源の市場価格と出力変化速度と容量を入力として用いる。

最適モデル作成部１６は、電力需要と、再エネ出力と、発電機の並解列スケジュールおよび増分燃料費と、調整力電源の市場価格、出力変化速度および容量などの過去のデータを機械学習し、調整力電源の出力配分重み付けパラメータの最適範囲または最適値を決定することができる。あるいは、最適モデル作成部１６は、重回帰分析などに基づいて最適モデルを作成するようにしてもよい。

例えば、図５の電源Ａの出力配分重み付けパラメータが６０％であるときが、電源Ａの出力配分重み付けパラメータの最適値であるものとする。このとき、負荷周波数制御シミュレーション部１２は、電源Ａの出力配分重み付けパラメータを６０％に固定して、ＬＦＣのシミュレーションを実施することができる。このため、負荷周波数制御シミュレーション部１２は、電源Ａの出力配分重み付けパラメータが５０％である調整用パラメータ２については、ＬＦＣのシミュレーションを実施する必要がなくなり、シミュレーション時間を短縮することができる。

以上説明したように、上述した第２実施形態によれば、管理目標範囲内に周波数を維持しつつコストを低減できる可能性がある出力配分重み付けパラメータの付近を重点的に事前シミュレーションすることができる。このため、管理目標範囲内に周波数を維持しつつコストを低減することが可能となるとともに、シミュレーション時間を削減することができる。

図７は、図６の最適モデル作成部で作成される最適モデルを説明する図である。
図７において、最適モデル作成部１６は、ＬＦＣのシミュレーション結果または実システムの運用結果における各調整力電源の出力配分重み付けパラメータ、電力需要、再エネ出力、系統解析条件、周波数変動およびコストを入力として、最適モデルを作成する。最適モデル作成部１６は、ＬＦＣのシミュレーションの実施のための出力配分重み付けパラメータ候補を作成する場合、作成した最適モデルを参照する。そして、最適モデル作成部１６は、周波数を管理目標範囲内に維持しつつコストを低減できる可能性がある出力配分重み付けパラメータ付近を重点的にパラメータ候補として選択する。

例えば、最適モデル作成部１６は、重回帰分析に基づいて、電源Ａおよび蓄電池ＤＢのそれぞれの出力配分重み付けパラメータと周波数変動の関係を示す最適モデル３１を作成したものとする。このとき、周波数変動の管理目標値がＭであるもとすると、最適モデル作成部１６は、周波数変動が管理目標値Ｍ以内の出力配分重み付けパラメータの範囲３２からパラメータ候補を選択し、電源Ａおよび蓄電池ＤＢについては、そのパラメータ候補を用いるように出力配分重み付けパラメータ作成部１１に指示することができる。

図８は、第３実施形態に係る周波数制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。
図８において、周波数制御装置１０Ｃは、図２の周波数制御装置１０Ａの構成に加え、シミュレーション結果比較部１７およびシミュレーション比較結果データベースＤＢ７を備える。

シミュレーション結果比較部１７は、負荷周波数制御シミュレーション部１２で得られたシミュレーション結果と、出力配分部１５で決定された出力配分に応じたＡＲを調整力電源に分担させた時に得られた実績値を比較する。例えば、シミュレーション結果比較部１７は、ＬＦＣのシミュレーション結果から得られた周波数変動およびコストを、実システムにおける周波数変動およびコストと比較することができる。ここで言う実システムは、図１の電力系統２０である。このとき、シミュレーション結果比較部１７には、負荷周波数制御シミュレーション部１２で得られたシミュレーション結果と、実システムにおける系統周波数偏差ΔｆおよびコストＣＴが入力される。実システムにおける周波数変動として、系統周波数偏差Δｆを用いることができる。シミュレーション比較結果データベースＤＢ７は、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストなどの比較結果を格納する。図１の表示部２１は、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストなどの比較結果を表示することができる。

以上説明したように、上述した第３実施形態によれば、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストの結果を比較し、その比較結果を確認できるようにすることで、周波数制御装置１０Ｃの出力配分重み付けパラメータの予測精度を把握することができる。

図９は、図８のシミュレーション結果比較部による比較結果の一例を示す図である。なお、図９では、出力配分重み付けパラメータが３０分ごとに決定される例を示した。
図９において、シミュレーション結果比較部１７は、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動（最大周波数変動など）とコスト（調整力の価格）をそれぞれ比較し、両者の周波数変動とコストの差分を比較結果として出力する。

ここで、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストの差分が発生した場合、シミュレーションに用いた電力需要または再エネ出力が、実システムから得られた電力需要または再エネ出力に一致していないことが想定される。このため、シミュレーションに用いる電力需要および再エネ出力のリアルタイム性または予測精度を向上させることで、シミュレーション結果と実システムにおける周波数変動とコストの差分を減少させることができる。

ＤＢ１ 需要データベース、ＤＢ２ 再エネ出力データベース、ＤＢ３ 系統解析条件データベース、ＤＢ４ 調整力電源データベース、ＤＢ５ シミュレーション結果データベース、ＤＢ６ 出力指令値データベース、ＤＢ７ シミュレーション比較結果データベース、１ 電力系統、１０Ａ～１０Ｃ 周波数制御装置、１１ 出力配分重み付けパラメータ作成部、１２ 周波数制御シミュレーション部、１３ 出力配分重み付けパラメータ選択部、１４ ＡＲ計算部、１５ 出力配分部、１６ 最適モデル作成部、１７ シミュレーション結果比較部、２１ 表示部、２２ 入力部、２３ 通信部、２４ ＣＰＵ、２５ メモリ、２６ 記憶装置、２７ バス、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 (13)

1. 複数の調整力電源からの電力の出力配分を示す出力配分重み付けパラメータに基づいて、負荷周波数制御のシミュレーションを実施するシミュレーション部と、
   前記負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを決定するパラメータ決定部と、
   前記負荷周波数制御に用いられる地域要求量を計算するＡＲ計算部と、
   前記パラメータ決定部で決定された出力配分重み付けパラメータと、前記ＡＲ計算部で計算された地域要求量に基づいて、前記出力配分を決定する出力配分部とを備える周波数制御装置。
2. 前記パラメータ決定部は、
   前記出力配分に応じた前記地域要求量を分担する調整力電源の属性に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを作成するパラメータ作成部と、
   前記負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを選択するパラメータ選択部とを備える請求項１に記載の周波数制御装置。
3. 前記調整力電源は、発電機、蓄電池およびデマンドレスポンスの少なくともいずれか１つから選択される請求項２に記載の周波数制御装置。
4. 前記調整力電源の属性は、電力の市場価格、出力変化速度および容量の少なくともいずれか１つから選択される請求項２に記載の周波数制御装置。
5. 前記ＡＲ計算部は、系統周波数偏差および連系線潮流偏差の少なくともいずれか１つに基づいて、前記地域要求量を計算する請求項２に記載の周波数制御装置。
6. 前記パラメータ選択部は、前記パラメータ作成部で作成された出力配分重み付けパラメータのうち、前記シミュレーション結果から得られる周波数が管理目標範囲内かつコストが最小である出力配分重み付けパラメータを選択する請求項２に記載の周波数制御装置。
7. 前記シミュレーション部は、電力需要の実績値または予測値と、再生可能エネルギー出力の実績値または予測値と、系統解析条件に基づいて、前記負荷周波数制御のシミュレーションを実施する請求項２に記載の周波数制御装置。
8. 前記電力需要の実績値または予測値を格納する需要データベースと、
   前記再生可能エネルギー出力の実績値または予測値を格納する再エネ出力データベースと、
   前記系統解析条件である発電機の並解列スケジュールおよび増分燃料費を格納する系統解析条件データベースと、
   前記調整力電源の属性である電力の市場価格、出力変化速度および容量を格納する調整力電源データベースとを備える請求項７に記載の周波数制御装置。
9. 前記パラメータ作成部で作成される出力配分重み付けパラメータを適正化するモデルを作成するモデル作成部をさらに備える請求項２に記載の周波数制御装置。
10. 前記モデル作成部は、電力需要の実績値または予測値と、再生可能エネルギー出力の実績値または予測値と、系統解析条件と、前記調整力電源の属性に基づいて、前記モデルを作成する請求項９に記載の周波数制御装置。
11. 前記シミュレーション部で得られたシミュレーション結果と、前記出力配分部で決定された出力配分に応じた前記地域要求量を前記調整力電源に分担させた時に得られた実績値を比較するシミュレーション結果比較部をさらに備える請求項２に記載の周波数制御装置。
12. 前記シミュレーション結果比較部は、前記シミュレーション結果に含まれる周波数変動およびコストと、前記実績値に含まれる周波数変動およびコストとの比較結果を出力する請求項１１に記載の周波数制御装置。
13. プロセッサにより実行される周波数制御方法であって、
    前記プロセッサは、
    複数の調整力電源からの電力の出力配分を示す出力配分重み付けパラメータに基づいて、負荷周波数制御のシミュレーションを実施し、
    前記負荷周波数制御のシミュレーション結果に基づいて、前記出力配分重み付けパラメータを決定し、
    前記負荷周波数制御に用いられる地域要求量を計算し、
    前記出力配分重み付けパラメータと前記地域要求量に基づいて、前記出力配分を決定する周波数制御方法。

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