JP7248045B2 - Power supply system design support device and power supply system design support program - Google Patents
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Description
本発明は、電力供給システムの設計支援装置、及び、電力供給システムの設計支援プログラムに関する。 The present invention relates to a power supply system design support device and a power supply system design support program.
従来、エネルギー供給部からエネルギー需要部へエネルギーを供給するエネルギーシステムにおいて、エネルギー供給部から供給されるエネルギー流量、及び、エネルギー供給部の設備容量を最適化するための技術が提案されている。 Conventionally, in an energy system that supplies energy from an energy supply unit to an energy demand unit, techniques have been proposed for optimizing the energy flow rate supplied from the energy supply unit and the installation capacity of the energy supply unit.
例えば、特許文献1には、エネルギーの需要及び供給データ、機器特性データ(例えば設備単価、設備由来CO2、エネルギー変換効率など)を入力すると、トータルコストあるいはトータルCO2排出量を最小化する設備容量、及び、当該設備容量での各時間のエネルギー流量を線形計画法に基づいて演算して出力する装置が開示されている。
For example, in
ところで、発電設備及び蓄電設備を含み、対象システムに電力を供給するための電力供給システムが従来知られている。このような電力供給システムにおいては、発電設備が発電した電力が蓄電設備に蓄えられ、蓄電設備から対象システムに電力が供給される。あるいは、発電設備が発電した電力が直接対象システムに供給される。 By the way, a power supply system for supplying power to a target system, including power generation equipment and power storage equipment, is conventionally known. In such a power supply system, the power generated by the power generation equipment is stored in the power storage equipment, and the power is supplied from the power storage equipment to the target system. Alternatively, the power generated by the power generation equipment is directly supplied to the target system.
ここで、ユーザ(例えば電力供給システムの設計者)が、発電設備の発電設備容量と、蓄電設備の蓄電設備容量と、対象システムへ供給される供給電力量との関係を把握したいという要求がある。また、ユーザが、発電設備コスト及び蓄電設備コストに対する最適な発電設備容量及び蓄電設備容量の関係を把握したいという要求がある。また、ユーザが要求する電力コストに対して、それを実現するために必要とされる発電設備コスト及び蓄電設備コストの条件を、ユーザが把握したいという要求がある。 Here, a user (for example, a designer of a power supply system) desires to grasp the relationship between the power generation facility capacity of the power generation facility, the power storage facility capacity of the power storage facility, and the amount of power supplied to the target system. . In addition, there is a demand from users to grasp the relationship between the power generation facility cost and the power storage facility cost and the optimum power generation facility capacity and power storage facility capacity. In addition, there is a demand for the user to grasp the conditions of the power generation equipment cost and the power storage equipment cost required to realize the power cost requested by the user.
例えば、上記関係は、ユーザが電力供給システムを最適化するための一助となり得る。発電設備容量を大きくすればするほど発電設備のコスト(設備自体の費用あるいはランニングコスト)が大きくなり、蓄電設備容量を大きくすればするほど、蓄電設備のコストも大きくなる。ユーザは、対象システムが必要とする電力量を確実に対象システムに供給しつつ、できるだけ発電設備及び蓄電設備のコストを低減したい(つまり、電力供給システムを最適化したい)。ユーザが、発電設備容量と、蓄電設備容量と、対象システムへ供給される供給電力量との関係を把握できれば、電力供給システムの最適化が容易となり得る。 For example, the relationships may help a user optimize a power delivery system. The larger the capacity of the power generation facility, the higher the cost of the power generation facility (the cost of the facility itself or the running cost), and the larger the capacity of the power storage facility, the higher the cost of the power storage facility. The user wants to reduce the cost of the power generation equipment and power storage equipment as much as possible while reliably supplying the target system with the amount of power required by the target system (that is, to optimize the power supply system). If the user can grasp the relationship between the power generation capacity, the power storage capacity, and the amount of power supplied to the target system, the optimization of the power supply system can be facilitated.
本発明の目的は、発電設備及び蓄電設備を含み、対象システムに電力を供給するための電力供給システムに関する、発電設備における発電設備容量と、蓄電設備における蓄電設備容量と、対象システムへ供給される供給電力量との関係を、ユーザが容易に把握できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、発電設備コスト及び蓄電設備コストに対する最適な発電設備容量及び蓄電設備容量の関係を、ユーザが容易に把握できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、ユーザが要求する電力コストに対して、それを実現するために必要とされる発電設備コスト及び蓄電設備コストの条件を、ユーザが容易に把握できるようにすることにある。 An object of the present invention is to provide a power supply system for supplying power to a target system, including a power generation facility and a power storage facility. To enable a user to easily grasp the relationship with the power supply amount. Alternatively, an object of the present invention is to enable a user to easily grasp the relationship between the optimum power generation capacity and power storage capacity with respect to the power generation facility cost and power storage facility cost. Alternatively, an object of the present invention is to enable the user to easily grasp the conditions of the power generation equipment cost and the power storage equipment cost required to realize the power cost requested by the user. be.
本発明は、発電設備及び蓄電設備を含み、対象システムに電力を供給するための電力供給システムの設計支援装置であって、前記発電設備の発電量と前記対象システムの電力の需要量との差分の時間変化を表す正味需要量プロファイルに基づいて、前記発電設備の発電設備容量と、前記蓄電設備の蓄電設備容量と、前記対象システムへの供給電力量と関係において、線形関係の係数が変化する点である端点の候補を有する複数の発電設備容量を特定する端点候補特定部と、前記正味需要量プロファイルに基づいて、前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係を演算する関係演算部と、前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係に基づいて、前記供給電力量に対する前記発電設備容量に関する偏微分、及び、前記供給電力量に対する前記蓄電設備容量に関する偏微分が変化する点を端点として特定する端点特定部と、特定した前記端点を含む、前記発電設備容量と、前記蓄電設備容量と、前記供給電力量との関係をユーザに提示する提示部と、を備えることを特徴とする電力供給システムの設計支援装置である。 The present invention is a design support device for a power supply system that includes a power generation facility and a power storage facility and supplies power to a target system, wherein the difference between the amount of power generated by the power generation facility and the amount of power demanded by the target system. Based on the net demand profile representing the time change of the power generation facility capacity of the power generation facility, the power storage facility capacity of the power storage facility, and the relationship between the power supply amount to the target system, the coefficient of the linear relationship changes an end point candidate identification unit that identifies a plurality of installed power generation capacities having end point candidates that are points; and a relationship between the power storage installed capacity and the supplied power amount in the plurality of installed power generation capacities based on the net demand profile. and a partial derivative with respect to the power generation capacity with respect to the power supply amount, based on the relationship between the power storage capacity and the power supply amount in the plurality of power generation capacity, and the power supply amount An end point identifying unit that identifies a point at which the partial differential regarding the storage capacity with respect to changes as an end point, and a relationship between the power generation capacity, the storage capacity, and the supply power amount including the identified end point. and a presentation unit for presenting the power supply system.
望ましくは、前記関係演算部は、前記正味需要量プロファイルにおいて、前記発電量が前記需要量よりも多い時系列的に連続する複数の期、又は、前記需要量が前記発電量よりも多い時系列的に連続する複数の期を集約した集約正味需要量のプロファイルを生成し、前記集約正味需要量のプロファイルに基づいて、前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係を演算する、ことを特徴とする。 Preferably, in the net demand profile, the relationship calculation unit includes a plurality of time series consecutive periods in which the amount of power generation is greater than the amount of demand, or a time series in which the amount of demand is greater than the amount of power generation generating an aggregated net demand profile that aggregates a plurality of consecutive periods, and based on the aggregated net demand profile, the relationship between the power storage capacity and the supply power amount in the plurality of power generation capacity. is calculated.
望ましくは、特定した前記端点を含み、前記発電設備容量と、前記蓄電設備容量と、前記供給電力量との関係を示すグラフを生成する描画部と、をさらに備え、前記提示部は、前記グラフを前記ユーザに提示する、ことを特徴とする。 Desirably, the presenting unit further includes a drawing unit that generates a graph showing the relationship between the power generation capacity, the power storage capacity, and the supplied power amount, including the specified end points, wherein the presentation unit includes the graph is presented to the user.
望ましくは、前記描画部は、前記端点特定部が特定した前記供給電力量に対する前記発電設備容量に関する偏微分、及び、前記供給電力量に対する前記蓄電設備容量に関する偏微分に基づいて、前記グラフとしての凸多面体の平面の法線ベクトルの値をプロットした法線ベクトルプロット図を生成し、前記提示部は、前記法線ベクトルプロット図を前記ユーザに提示する、ことを特徴とする。 Desirably, the drawing unit is based on the partial differentiation of the power generation facility capacity with respect to the supply power amount specified by the end point specifying unit and the partial differentiation of the power storage facility capacity with respect to the supply power amount, as the graph A normal vector plot diagram is generated by plotting normal vector values of a plane of a convex polyhedron, and the presenting unit presents the normal vector plot diagram to the user.
望ましくは、前記描画部は、前記発電設備容量と前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係、前記法線ベクトルの値、及び、前記発電設備及び蓄電設備の設備単価に基づいて、前記発電設備の設備単価と、前記蓄電設備の設備単価と、前記電力供給システムのコストであるシステムコストとの関係を示すマップを生成し、前記提示部は、前記マップを前記ユーザに提示する、ことを特徴とする。 Preferably, the drawing unit calculates the power generation capacity based on the relationship between the power generation facility capacity, the power storage facility capacity, and the power supply amount, the value of the normal vector, and the unit price of the power generation facility and the power storage facility. generating a map showing the relationship between the equipment unit price of equipment, the equipment unit price of the power storage equipment, and the system cost, which is the cost of the power supply system, and presenting the map to the user. Characterized by
また、本発明は、コンピュータを、発電設備及び蓄電設備を含み、対象システムに電力を供給するための電力供給システムの設計支援装置として動作させ、前記コンピュータを、前記発電設備の発電量と前記対象システムの電力の需要量との差分の時間変化を表す正味需要量プロファイルに基づいて、前記発電設備の発電設備容量と、前記蓄電設備の蓄電設備容量と、前記対象システムへの供給電力量と関係において、線形関係の係数が変化する点である端点の候補を有する複数の発電設備容量を特定する端点候補特定部と、前記正味需要量プロファイルに基づいて、前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係を演算する関係演算部と、前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係に基づいて、前記供給電力量に対する前記発電設備容量に関する偏微分、及び、前記供給電力量に対する前記蓄電設備容量に関する偏微分が変化する点を端点として特定する端点特定部と、特定した前記端点を含む、前記発電設備容量と、前記蓄電設備容量と、前記供給電力量との関係をユーザに提示する提示部と、として機能させることを特徴とする電力供給システムの設計支援プログラムである。 Further, the present invention operates a computer as a design support device for a power supply system for supplying power to a target system, including a power generation facility and a power storage facility, and the computer controls the power generation amount of the power generation facility and the target power. Based on the net demand profile representing the time change of the difference from the demand of the power of the system, the relationship between the power generation capacity of the power generation facility, the power storage capacity of the power storage facility, and the amount of power supplied to the target system , an end point candidate identifying unit that identifies a plurality of installed power generation capacities having end point candidates that are points at which the coefficients of the linear relationship change; a relationship calculation unit that calculates the relationship between the capacity and the power supply amount; an end point identifying unit that identifies a point at which a partial differential and a partial derivative related to the power storage capacity with respect to the supplied power amount change as an end point; the power generation capacity including the specified end point; and the power storage capacity; and a presentation unit that presents the relationship with the power supply amount to the user.
本発明によれば、発電設備及び蓄電設備を含み、対象システムに電力を供給するための電力供給システムに関する、発電設備における発電設備容量と、蓄電設備における蓄電設備容量と、対象システムへ供給される供給電力量との関係を、ユーザが容易に把握することができる。また、本発明によれば、発電設備コスト及び蓄電設備コストに対する最適な発電設備容量及び蓄電設備容量の関係を、ユーザが容易に把握できるようにすることができる。また、本発明によれば、ユーザが要求する電力コストに対して、それを実現するために必要とされる発電設備コスト及び蓄電設備コストの条件を、ユーザが容易に把握することができる。 According to the present invention, regarding a power supply system for supplying power to a target system including a power generation facility and a power storage facility, the power generation facility capacity of the power generation facility, the power storage facility capacity of the power storage facility, and the power supply capacity of the power storage facility are supplied to the target system. The user can easily grasp the relationship with the power supply amount. Moreover, according to the present invention, it is possible for the user to easily grasp the relationship between the optimum power generation facility capacity and power storage facility capacity with respect to the power generation facility cost and power storage facility cost. In addition, according to the present invention, the user can easily grasp the conditions of the power generation facility cost and the power storage facility cost required to realize the power cost requested by the user.
<1.電力供給システムの設計支援装置10の構成概略>
図1は、本実施形態に係る電力供給システムの設計支援装置10の構成概略図である。本実施形態では、電力供給システムの設計支援装置10はサーバコンピュータであるが、電力供給システムの設計支援装置10としては、以下に説明する機能を発揮する限りにおいてどのようなコンピュータであってもよい。なお、以下に説明する電力供給システムの設計支援装置10が発揮する機能は、複数のコンピュータにおける分散処理によって実現されてもよい。すなわち、電力供給システムの設計支援装置10は、複数のコンピュータ(例えば複数のサーバ)により実現されてもよい。
<1. Outline of Configuration of Power Supply System
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power supply system
電力供給システムの設計支援装置10は電力供給システムを解析する。電力供給システムは、発電を行う発電設備と、蓄電を行う蓄電設備とを含み、対象システムに電力を供給するためのシステムである。電力供給システムの設計支援装置10は電力供給システムを解析し、発電設備の発電設備容量と、蓄電設備の蓄電設備容量と、対象システムへ供給される供給電力量との関係を演算してユーザに提供する。なお、本実施形態の対象となる電力供給システムに含まれる発電設備は、種々の発電設備であってよい。例えば、風力、太陽光、地熱、潮力、波力などの再生可能エネルギーを使用して再生可能エネルギー発電を行うものであってもよい。また蓄電設備は、充放電可能な2次電池を含む設備である。対象システムとしては、電力を用いて動作するシステムであればどのようなシステムであってもよい。
The power supply system
入出力インターフェース12は、電力供給システムの設計支援装置10に対してデータを入出力するために用いられるインターフェースである。入出力インターフェース12としては、例えばネットワークアダプタなどの通信インターフェース、USBコネクタやSDカードスロットなどの記憶媒体インターフェース、例えばマウス、キーボード、タッチパネルあるいはボタンなどの入力インターフェース、及び、ディスプレイあるいはスピーカなどの出力インターフェースを含んで構成される。
The input/
メモリ14は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、eMMC(embedded Multi Media Card)、ROM(Read Only Memory)あるいはRAM(Random Access Memory)などを含んで構成される。メモリ14には、電力供給システムの設計支援装置10の各部を動作させるための、電力供給システムの設計支援プログラムが記憶される。また、メモリ14には、後述のプロセッサ16が、発電設備の発電設備容量と、蓄電設備の蓄電設備容量と、対象システムへ供給される供給電力量との関係を演算するために必要な種々の情報が記憶される。
The
プロセッサ16は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、あるいは、プログラマブル論理デバイスなどを含んで構成される。プロセッサ16は、メモリ14に記憶された電力供給システムの設計支援プログラムに従って、端点候補特定部18、関係演算部20、端点特定部22、描画部24、及び提示部26としての機能を発揮する。以下、端点候補特定部18、関係演算部20、端点特定部22、描画部24、及び提示部26が行う処理の詳細を説明すると共に、電設備の発電設備容量と、蓄電設備の蓄電設備容量と、対象システムへ供給される供給電力量との関係の演算処理の詳細、及び、処理結果のユーザへの提示処理の詳細について説明する。
The
<2.正味需要量のプロファイル>
図2は、発電設備における発電量と、対象システムの電力の需要量とのプロファイルの例を示す図である。発電量は、発電設備容量xpと、単位発電設備容量あたりの単位発電量ptとの積で表すことができる。図2に示されているのは、発電設備がある発電設備容量xpを有するときのプロファイルである。当然ながら、発電設備の発電設備容量xpが変われば、プロファイルも変わり得る。また、対象システムにおける電力の需要量をdtと表現する。図2に示される通り、発電量xppt及び需要量dtは、時間変化している。なお、本実施形態では、時間を1時間(h)毎に分割し、1つの時間を1つの「期」と呼ぶ。図2(及び図3)において、期は( )付きの数字で表されている。例えば、時刻0~1(h)の時間は1期であり、時刻1~2(h)の時間は2期である。
<2. Net Demand Profile>
FIG. 2 is a diagram showing an example of a profile of the amount of power generated by the power generation facility and the amount of power demanded by the target system. The amount of power generation can be expressed as the product of the power generation capacity xp and the unit power generation amount per unit power generation capacity pt . Shown in FIG. 2 is the profile when the power plant has a certain power plant capacity x p . Of course, if the power generation capacity x p of the power plant changes, the profile can also change. Also, the power demand in the target system is expressed as dt . As shown in FIG. 2, the power generation x p p t and the demand d t change over time. Note that in the present embodiment, time is divided into 1 hour (h) units, and one time period is called one "period". In FIG. 2 (and FIG. 3), periods are represented by numbers in parenthesis. For example, the period from
発電量xpptから需要量dtを差し引いた量を正味需要量rtと呼ぶ。すなわち、正味需要量rtは、以下の式1で表される。
rt=xppt-dt ・・・(式1)
なお、本明細書において変数tは期を表すものである。
The amount obtained by subtracting the demand amount dt from the power generation amount xppt is called the net demand amount rt . That is, the net demand rt is represented by the following
r t = x p p t - d t (Formula 1)
In this specification, the variable t represents a term.
上述の通り発電量xppt及び需要量dtは時間変化するため、正味需要量rtも時間変化することになる。図3には、発電量xppt及び需要量dtのプロファイルが図2に示すようである場合における、正味需要量rtのプロファイルが示されている。図3に示すプロファイルも、発電設備がある発電設備容量xpを有するときのプロファイルである。 Since the power generation xppt and the demand dt change with time as described above, the net demand rt also changes with time. FIG. 3 shows the profile of net demand r t when the profile of power generation x p p t and demand d t is as shown in FIG. The profile shown in FIG. 3 is also a profile when the power plant has a certain power plant capacity x p .
各期において、正味需要量rtが正となる場合と負となる場合がある。言うまでもなく、発電量xpptが需要量dtよりも多い期については正味需要量rtが正となり、需要量dtが発電量xpptよりも多い期については正味需要量rtが負となる。正の正味需要量rtを余剰発電量rt +と呼び、負の正味需要量rtを残余需要量rt -と呼ぶ。図3の例では、2期、5期、6期、8期、10期、及び11期において残余需要量rt -が生じている。 In each period, net demand rt may be positive or negative. Needless to say , the net demand r t becomes negative. The positive net demand r t is called surplus generation r t + and the negative net demand r t is called residual demand r t − . In the example of FIG. 3, residual demand r t − is generated in the 2nd, 5th, 6th, 8th, 10th, and 11th periods.
残余需要量rt -が生じている期においては、電力供給システムは、発電設備からの電力のみでは、対象システムが必要とする電力量を供給することができない。その場合、それ以前に蓄電設備に蓄電した電力を対象システムに供給すればよい。当然ながら、そのときに、対象システムへ供給するのに必要な電力量が蓄電設備に蓄電されている必要がある。 During the period when the residual demand r t − is generated, the power supply system cannot supply the amount of power required by the target system with only the power from the power generation facility. In that case, the power stored in the power storage equipment before that may be supplied to the target system. Naturally, at that time, the amount of electric power required to supply the target system must be stored in the power storage equipment.
発電設備の発電設備容量xpを大きくすれば、残余需要量rt -を生じさせないようにすることができるが、発電設備容量xpを大きくすると、発電設備のコスト(設備自体の費用あるいはランニングコスト)も大きくなる。また、蓄電設備の蓄電設備容量を大きくすれば、残余需要量rt -を生じさせないようにすることができるが、蓄電設備容量を大きくすると、蓄電設備のコストも大きくなる。したがって、需要量dtに応じて、発電設備容量と蓄電設備容量を最適化することが望まれる。なお、本明細書における最適化とは、必ずしも理想解を得ることのみを意味するものではなく、理想解に近い解を得ることを含むものである。 If the power generation capacity x p of the power generation facility is increased, it is possible to prevent the residual demand r t − from occurring . cost) will also increase. Further, if the power storage facility capacity is increased, it is possible to prevent the residual demand r t - from being generated, but increasing the power storage facility capacity also increases the cost of the power storage facility. Therefore, it is desirable to optimize the power generation capacity and the power storage capacity according to the demand dt . Note that optimization in this specification does not necessarily mean only obtaining an ideal solution, but includes obtaining a solution close to an ideal solution.
理想的には、図3において、各期の残余需要量rt -が、それ以前に生じた余剰発電量rt +で丁度賄えるのがよい。したがって、蓄電設備の蓄電設備容量を、残余需要量rt -をそれ以前に生じた余剰発電量rt +で賄うのに最低限必要な量とするのが良いと言える。 Ideally, in FIG. 3, the residual demand r t − in each period should be just covered by the surplus power generation r t + generated earlier. Therefore, it can be said that the power storage equipment capacity of the power storage equipment should be set to the minimum amount necessary to cover the residual demand r t − with the previously generated surplus power generation r t + .
<3.端点候補を有する発電設備容量の特定>
発電設備の発電設備容量と、蓄電設備の蓄電設備容量と、対象システムへの供給電力量との3者の関係は、3次元空間における多面体(特に凸多面体)で表現し得る。その凸多面体の頂点は、上記3者の関係において線形関係の係数が変化する点である。本明細書では、これを端点と呼ぶ。換言すれば、端点は、供給電力量に対する発電設備容量に関する偏微分と、供給電力量に対する蓄電設備容量に関する偏微分との両方が変化する点である。端点は、ある対象システムにとっての発電設備容量と蓄電設備容量の最適解を示すものとなり得る。
<3. Identification of installed power generation capacity having end point candidates>
The relationship between the power generation capacity of the power generation equipment, the power storage capacity of the power storage equipment, and the amount of power supplied to the target system can be represented by a polyhedron (especially a convex polyhedron) in a three-dimensional space. The vertices of the convex polyhedron are the points at which the coefficients of the linear relationship change in the three-way relationship. We refer to this as an endpoint. In other words, the end point is a point where both the partial derivative of the power generation capacity with respect to the supplied power amount and the partial derivative of the power storage capacity with respect to the supplied power amount change. The endpoints can be the optimal solutions for the installed power generation capacity and the installed storage capacity for a given target system.
端点候補特定部18は、上述の正味需要量rtのプロファイルに基づいて、端点候補を有する複数の発電設備容量(換言すれば端点が生ずる可能性のある発電設備容量)を特定する。
The end point
端点を生じる可能性があるのは、正味需要量rtが以下の式2~式4を満たす場合である。 A possible endpoint is when the net demand r t satisfies Equations 2-4 below.
上記の条件で端点を生じる可能性がある理由については後述する。
また、上記式1から、上記式2~4それぞれの場合における発電設備容量xp
*は、以下の式5~7で表される。
The reason why the end points may occur under the above conditions will be described later.
Further, from
<4.蓄電設備容量と対象システムへの供給電力量との関係の演算>
<4-1.各残余需要量rt
-についての逆向き累積正味需要量の演算>
関係演算部20は、図3に示すような正味需要量rtのプロファイルに基づいて、発電設備があるある発電設備容量xpである場合における、蓄電設備容量xbと、対象システムへの供給電力量との関係を演算する。特に、関係演算部20は、端点候補特定部18が特定した複数の発電設備容量xp
*について、蓄電設備容量と供給電力量との関係を演算する。本実施形態では、関係演算部20は、複数の発電設備容量xp
*について、小さい方から順に、蓄電設備容量と供給電力量との関係を演算する。以下、当該処理の詳細を説明する。
<4. Calculation of relationship between power storage facility capacity and power supply amount to target system>
<4-1. Calculation of Reverse Cumulative Net Demand for Each Residual Demand r t - >
Based on the profile of the net demand rt as shown in FIG. Calculate the relationship with electric energy. In particular, the
関係演算部20は、図3に示す各残余需要量rt
-に対して電力を供給するために必要となる蓄電設備容量と供給電力量の関係を定量化する。まず、関係演算部20は、時間を遡って、正味需要量rtの累積を求める。このようにして求められるものを、逆向き累積正味需要量qtjと呼ぶ。逆向き累積正味需要量qtjは、以下の式8で表される。
The
式8において、iは期を表す変数であり、変数jは、1~tを取るものとする。つまり、式8は、t期から1期までの正味需要量rtの累積を求めることを意味している。
In
図4は、各残余需要量rt
-の逆向き累積正味需要量qtjを示す図である。図3に示す正味需要量rtのプロファイルにおいては、上述の通り、2期、5期、6期、8期、10期、及び11期において残余需要量rt
-が生じている。したがって、関係演算部20は、上記各期それぞれについて、逆向き累積正味需要量qtjを求める。図4(a)が2期の逆向き累積正味需要量qtjを示す図であり、図4(b)が5期の逆向き累積正味需要量qtjを示す図であり、図4(c)が6期の逆向き累積正味需要量qtjを示す図であり、図4(d)が8期の逆向き累積正味需要量qtjを示す図であり、図4(e)が10期の逆向き累積正味需要量qtjを示す図であり、図4(f)が11期の逆向き累積正味需要量qtjを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing reverse cumulative net demand quantity q tj for each residual demand quantity r t − . In the profile of net demand r t shown in FIG. 3, residual demand r t − is generated in the 2nd, 5th, 6th, 8th, 10th, and 11th periods, as described above. Therefore, the
図4(a)~(f)それぞれにおいて、右端の縦棒は、当該期の残余需要量rt -の大きさを表す。例えば、図4(a)の縦棒は-1.5(kWh)を示しているが、これは2期における残余需要量rt -が-1.5(kWh)だからである。縦棒の底から出発している折れ線グラフは、1期ずつ遡ってゼロに達する(逆向き累積正味需要量qtjが残余需要量rt -の大きさに等しくなる)までの逆向き累積正味需要量qtjを表している。なお、ここでは、以後の計算の必要上、逆向き累積正味需要量qtjが正の値になった場合もゼロとしている。 In each of FIGS. 4(a) to 4(f), the vertical bar on the right end represents the magnitude of the residual demand r t − in the relevant period. For example, the vertical bar in FIG. 4(a) indicates −1.5 (kWh) because the residual demand r t − in the second period is −1.5 (kWh). The line graph starting from the bottom of the vertical bar traces the backward cumulative net demand one period back to zero (the backward cumulative net demand q tj equals the magnitude of the residual demand r t − ). It represents the quantity demanded qtj . Here, for the sake of subsequent calculations, even when the backward cumulative net demand qtj becomes a positive value, it is assumed to be zero.
図4(a)、(b)、(d)、及び(e)が示す、2期、5期、8期、及び10期については、その直前の期の余剰発電量rt +の方が大きい。例えば、2期の残余需要量rt -は、その直前の1期の余剰発電量rt +より小さい。したがって、これらの期については、折れ線グラフが1期でゼロに達している。図4(c)及び(f)が示す6期及び11期については、折れ線グラフがゼロに達するまで、複数の期を要しているが、これはこの残余需要量rt -をすべて余剰発電量rt +で賄うためには、複数期の余剰発電量rt +を蓄積することが必要であることを表している。 For the 2nd, 5th, 8th, and 10th periods shown in FIGS. 4(a), (b), (d), and (e), the surplus power generation amount r t + in the immediately preceding period is big. For example, the residual demand r t − in the second period is smaller than the surplus power generation r t + in the immediately preceding period. Therefore, for these periods, the line graph reaches zero in one period. Regarding the 6th and 11th periods shown in FIGS. 4(c) and (f), it takes a plurality of periods until the line graph reaches zero . It indicates that it is necessary to accumulate multiple periods of surplus power generation r t + in order to cover with the amount r t + .
<4-2.各残余需要量rt
-についての蓄電設備容量と供給電力量の関係の演算>
以下の処理は、図4(a)~(f)に示した各残余需要量rt
-について行うが、代表して、図4(f)に示した11期についての関係演算部20の処理を説明する。関係演算部20は、逆向き累積正味需要量qtjに基づいて、蓄電設備容量と供給電力量の関係を求める。
<4-2. Calculation of relationship between power storage facility capacity and supplied power amount for each residual demand r t - >
The following processing is performed for each residual demand r t − shown in FIGS. 4(a) to 4(f). explain. The
図5は、1つの期の残余需要量rt
-に関する逆向き累積正味需要量qtjから求められる、最大値nk、最小値mk、パラメータhk及びlkを示す図である。関係演算部20は、逆向き累積正味需要量qtjに基づいて、その最大値nk及び最小値mkを求める。ただし、考慮するj(遡る期数)の範囲を段階的に狭めながら、あるjの範囲で逆向き累積正味需要量qtjの最大値nk及び最小値mkを求めていく。なお、変数kは計算の段階を示すものである。
FIG. 5 is a diagram showing the maximum value n k , minimum value m k , parameters h k and l k determined from the reverse cumulative net demand quantity q tj for the residual demand quantity r t − in one period. Based on the reverse cumulative net demand quantity qtj , the
最大値nkは、以下の式9で表される。
nk=max(qtj)=qtj2k (ただしj2k-1≧j≧0の範囲) ・・・(式9)
最小値mkは、以下の式10で表される。
mk=min(qtj)=qtj2k+1 (ただしj2k≧j≧0の範囲) ・・・(式10)
The maximum value nk is represented by
n k =max(q tj )=q tj2k (within the range of j 2k−1 ≧j≧0) (Formula 9)
The minimum value mk is represented by
m k =min(q tj )=q tj2k+1 (within the range of j 2k ≧j≧0) (Formula 10)
より具体的な計算手順を以下に示す。まず、k=0では、以下の手順(a)~(c)を実行する。
(a)逆向き累積正味需要量qtjの最大値max(qtj)と、そのときのj=j0を求める。最大値max(qtj)の符号は、以下の内容を示すものである。
・最大値max(qtj)<0のとき、残余需要量rt
-分の電力は、対象システムに供給することはできない。
・最大値max(qtj)≧0のとき、逆向き累積正味需要量qtj≧0となる最小のjを求め、j=j0とすると、残余需要量rt
-分の電力を、(t-j0)~t期の余剰発電量rt
+を利用して対象システムに供給可能である。
上記は、以下の式11で表すことができる。
A more specific calculation procedure is shown below. First, when k=0, the following procedures (a) to (c) are executed.
(a) Find the maximum value max(q tj ) of the reverse cumulative net demand q tj and j=j 0 at that time. The sign of the maximum value max(q tj ) indicates the following contents.
・When the maximum value max(q tj )<0, the power for the residual demand r t − cannot be supplied to the target system.
When the maximum value max (q tj ) ≥ 0, find the minimum j that satisfies the reverse cumulative net demand q tj ≥ 0, and if j = j 0 , the power for the remaining demand r t - is t−j 0 ) to period t can be supplied to the target system using the surplus power generation amount r t + .
The above can be represented by
図5の時刻0に点n0がプロットされていること、及び、j0=10であることを確認されたい。
Notice that point n 0 is plotted at
(b)j0≧j≧1の範囲で逆向き累積正味需要量qtjの最小値min(qtj)と、そのときのj=j1を求める。最小値m0は、以下の式12で表される。
m0=min(qtj)=qtj1 (ただしj0≧j≧1の範囲) ・・・(式12)
図5の時刻4に点m0がプロットされていること、及び、j1=6であることを確認されたい。
(b) Find the minimum value min(q tj ) of the reverse cumulative net demand quantity q tj in the range of j 0 ≧j≧1 and j=j 1 at that time. The minimum value m0 is represented by
m 0 =min(q tj )=q tj1 (within the range of j 0 ≧j≧1) (Formula 12)
Notice that point m 0 is plotted at
(c)j1が0でないなら、変数kを1インクリメントし、最大値nk及び最小値mkの計算を繰り返す。j1=0であれば、演算を終了する。k≧1における演算において、j2k+1が0でないならば、変数kを1インクリメントし、最大値nk及び最小値mkの計算を繰り返し、j2k+1=0であれば、nk+1=mk、K=k+1として演算を終了する。 (c) If j1 is not 0, then increment the variable k by 1 and repeat the calculation of the maximum value nk and the minimum value mk . If j 1 =0, terminate the operation. In operations where k≧1, if j 2k+1 is not 0, increment variable k by 1, repeat the calculation of maximum n k and minimum m k , and if j 2k+1 =0, then n k+1 =m k , The calculation is terminated with K=k+1.
以上の演算により、図5に示すように、1つの期における逆向き累積正味需要量qtjの最大値nk及び最小値mk(ただしk=1,2,・・・,K)が求められた。 By the above calculations, as shown in FIG. 5, the maximum value nk and minimum value mk (where k=1, 2, . was taken.
次に、最大値nk及び最小値mkから、パラメータhk及びlkを求める。パラメータhk及びlkは、以下の式13及び式14で表される。
hk=nK-k-nK-k+1 ・・・(式13)
lk=nK-k-mK-k ・・・(式14)
Next, the parameters h k and l k are determined from the maximum n k and minimum m k values. The parameters h k and l k are represented by
h k =n K−k −n K−k+1 (Equation 13)
l k =n K−k −m K−k (Equation 14)
図5には、パラメータhk及びlkが示されている。パラメータhkは、遡った期に応じて増加する供給(可能)電力量に相当する。パラメータlkは、当該残余需要量rt -にパラメータhkの電力を供給するために必要となる蓄電設備容量に相当する。 The parameters h k and l k are shown in FIG. The parameter h k corresponds to the supply (possible) power amount that increases according to the retroactive period. The parameter l k corresponds to the power storage facility capacity required to supply power of the parameter h k to the residual demand r t - .
求めたパラメータhk及びlkを用いて、蓄電設備容量と電力利用量の関係を図6に示すようなグラフで表すことができる。t期の残余需要量rt -に対して電力を供給するために必要となる蓄電設備容量xbtと電力利用量Q’tの関係は次のように定式化される。言い換えると、残余需要量rt -に対する電力利用量Q’tを蓄電設備容量xbtの関数Q’t(xbt)として以下の式15のように定式化できる。 Using the obtained parameters hk and lk , the relationship between the power storage facility capacity and the amount of power used can be represented by a graph as shown in FIG. The relationship between the power storage equipment capacity x bt required to supply power to the residual demand r t − in period t and the power usage Q′ t is formulated as follows. In other words, the power consumption Q' t with respect to the residual demand r t − can be formulated as a function Q' t (x bt ) of the power storage facility capacity x bt as shown in Equation 15 below.
図6は、1つの期の残余需要量rt -に関する蓄電設備容量と電力利用量(対象システムへの供給電力量)の関係を示す図である。式15をグラフ化したものが図6である。この図から、蓄電設備容量の増加に対して、電力利用量が段階的に増加していくことが分かる。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the power storage facility capacity and the amount of power used (the amount of power supplied to the target system) with respect to the residual demand r t - in one period. FIG. 6 is a graph of Equation 15. In FIG. From this figure, it can be seen that the amount of power usage increases in stages as the capacity of the power storage facility increases.
関係演算部20は、各残余需要量rt
-に対して上述の処理を行い、各残余需要量rt
-に関する蓄電設備容量と電力利用量(対象システムへの供給電力量)の関係を演算する。
The
<4-3.蓄電設備容量と電力利用量(供給電力量)の関係の演算>
関係演算部20は、各残余需要量rt
-についての電力利用量関数Q’t(xbt)を集約する(具体的には足し合わせる)ことで、与えられた発電量xppt及び(電力)需要量dtのプロファイルに対しての、蓄電設備容量xbと、電力利用量Q’の関係を求めることができる。蓄電設備容量xbと、電力利用量Q’の関係は以下の式16で表される。
<4-3. Calculation of relationship between power storage facility capacity and power usage (power supply amount)>
The
さらに、以下の式17に示すように、電力利用量Q’を需要量dtの合計で割ることで、電力利用率yと蓄電設備容量xbの関係を求めることができる。 Furthermore, as shown in Equation 17 below, the relationship between the power utilization rate y and the power storage facility capacity xb can be obtained by dividing the power usage Q' by the total demand dt .
図7には、式16をグラフ化したものが示され、図8には、式17をグラフ化したものが示されている。なお、蓄電設備容量xb=0における縦軸の値は、蓄電設備が無くても利用できる電力利用量Q’及び電力利用率yに対応している。グラフの傾きは、電力を供給できる残余需要量rt
-の数に対応している。蓄電設備容量xbを大きくしていくと、電力利用量Q’が最大に達した個別の残余需要量rt
-の数が減少していくため、傾きは小さくなる。最終的には1つに残った残余需要量rt
-に電力を供給することになるため、傾きは1となる。
FIG. 7 shows a graphical representation of
<4-4.充放電効率>
蓄電設備への充電及び放電においては、充放電効率を考慮する必要がある。本明細書では、蓄電設備の充放電効率をeとする。特に、充放電効率eを充電効率ec(0<ec<1)と放電効率ed(0<ed<1)に分けて考える。ここで、e=ec・edとなる。余剰発電量rt
+を蓄電設備に充電するとき、蓄電設備に充電された電力量はecrt
+となる。蓄電されている電力を残余需要量rt
-に放電して需要を満たすとき、供給すべき蓄電電力量はrt
-/edとなる。余剰発電量rt
+及び残余需要量rt
-の電力のやり取りに必要な蓄電設備容量xbを、充放電効率eを考慮して求める場合、正味需要量rtを以下のように変換すると簡易に計算できる。
<4-4. Charge/discharge efficiency>
When charging and discharging power storage equipment, it is necessary to consider charging and discharging efficiency. In this specification, e is the charge/discharge efficiency of the power storage equipment. In particular, the charge/discharge efficiency e is divided into charge efficiency e c (0<e c <1) and discharge efficiency e d (0< ed <1). Here, e=e c ·e d . When the power storage equipment is charged with the surplus power generation amount r t + , the electric energy charged in the power storage equipment is e cr t + . When the stored power is discharged to the residual demand r t − to satisfy the demand, the stored power to be supplied is r t − /e d . When the power storage facility capacity x b necessary for exchanging power of the surplus power generation r t + and the residual demand r t − is obtained in consideration of the charge/discharge efficiency e, the net demand r t can be converted as follows: Easy to calculate.
残余需要量rt
-は1/edだけかさ増しされているので、蓄電設備を経由した電力利用量Q’には、放電効率edを乗じることで実際の電力利用量Qとなる。
Q=edQ’
以後、正味需要量rtは充放電効率eを考慮したものとして扱う。
Since the residual demand r t − is increased by 1/e d , the actual power consumption Q is obtained by multiplying the power consumption Q′ via the power storage equipment by the discharge efficiency e d .
Q=e d Q'
Henceforth, the net demand amount rt is treated as one in consideration of the charge/discharge efficiency e.
<4-5.蓄電設備容量と電力利用量(供給電力量)の関係を表す数式>
ある発電設備容量xpにおける、蓄電設備容量と電力利用量の関係は、図7に示したように区分線形関数となる。その関数は以下の式18で表される。
<4-5. Numerical formula representing the relationship between the power storage facility capacity and the amount of power used (supplied power amount)>
The relationship between the power storage capacity and the power consumption at a certain power generation capacity xp is a piecewise linear function as shown in FIG. The function is represented by
式18中のnは、残余需要量rt
-の個数に相当する。ただし、連続する残余需要量rt
-を集約して一つと数えるものとする。連続する残余需要量rt
-を集約する処理については後述する。また、Q0は、蓄電設備容量がゼロの時の電力利用量であり、以下の式19で表される。
n in
式19において、J+は余剰発電量rt +が発生している(すなわちxppt≧dtのときの)期の集合、J-は残余需要量rt -が発生している(すなわちxppt≦dtのときの)期の集合である。この場合の電力利用量には充放電効率eは考慮不要である。 In Equation 19, J + is a set of periods when surplus power generation r t + is occurring (that is, when x p p t ≧d t ), and J − is a set of periods when residual demand r t − is occurring ( That is, the set of periods when x p p t ≤ d t . In this case, it is not necessary to consider the charge/discharge efficiency e for the amount of power used.
次に、蓄電設備容量と電力利用量の関係をあらわす区分線形関数の傾きが変わるxbiの値(式18参照)は、ある期間の残余需要量rt -及び余剰発電量rt +の部分和であることを示す。 Next, the value of x bi (see Equation 18) where the slope of the piecewise linear function representing the relationship between the installed storage capacity and the amount of power consumption changes is the residual demand r t − and surplus power generation r t + in a certain period. Indicates that it is a sum.
式8に示す通り、発電設備容量xpを固定して、蓄電設備容量と電力利用量の関係を求める場合には、逆向き累積正味需要量qtjが基本の情報となる。jは1~Tを取り得る。ここで、上述の最大値nk、最小値mk、パラメータhk及びlkは、以下の式20~23のようにも表される。
As shown in
ただし、k’=K-kである。jの大小関係は、
1≦j2(K-1)≦j2K-3≦・・・≦j2k+1≦j2k≦・・・≦j0≦T
となる。
However, k'=Kk. The magnitude relation of j is
1≦j 2(K−1) ≦j 2K−3 ≦・・・≦j 2k+1 ≦j 2k ≦・・・≦j 0 ≦T
becomes.
式15で示したように、t期の残余需要量rt
-についての蓄電設備容量と電力利用量の区分線形関数において、傾きが変わる境界は、hk及びlkで表された。これは、全期における蓄電設備容量と電力利用量の区分線形関数においても同じである。すなわち、式15の傾きが変わる境界であるxbiの値は、ある期間の残余需要量rt
-と余剰発電量rt
+の部分和として以下の式24で表される。
As shown in Equation 15, in the piecewise linear function of the installed storage capacity and the amount of power usage with respect to the residual demand r t − in period t, the boundaries where the slope changes are represented by h k and l k . This is the same for the piecewise linear function of the installed storage capacity and the amount of electricity used in the whole period. That is, the value of x bi , which is the boundary where the slope of Equation 15 changes, is expressed by
ただし、
ここで、式24をxpで微分すると、以下の式25が得られる。
Differentiating
ある発電設備容量xpを固定したときには、蓄電設備容量xbと電力利用量Qの関係となり、この2者間で端点は(xbi,Q(xbi))となる。ここで、発電設備容量xpを変化させることを考える。式25のdxbi/dxpが一定、換言すれば、xbiに対応する正味需要の期間j=Js~Jeが変わらなければ、端点とはならない。発電設備容量、蓄電設備容量、及び供給電力量の関係を示す凸多面体の稜線にあたるものになる。端点となるのは、式25の値が変化するような発電設備容量xpの点である。このような条件を満たし得る条件が、上述の式2~7に示す条件となる。
When a certain power generation capacity x p is fixed, the relationship between the power storage capacity x b and the power consumption Q is established, and the end point between the two is (x bi , Q(x bi )). Now, let us consider changing the power generation capacity xp . If dx bi /dx p in Equation 25 is constant, in other words, if the period j=J s ~J e of the net demand corresponding to x bi does not change, it will not be an end point. It corresponds to the ridgeline of a convex polyhedron showing the relationship between the power generation capacity, the power storage capacity, and the power supply amount. The end point is the point of the installed power generation capacity x p at which the value of Equation 25 changes. The conditions that can satisfy such conditions are the conditions shown in
<4-6.ダルマ落としアルゴリズム>
余剰発電量rt
+(又は残余需要量rt
-)が連続して(連続した期で)発生する場合に、正味需要量rtのプロファイルを集約することができる。余剰発電量rt
+(又は残余需要量rt
-)が発生するひとまとまりの期間を特定し、特定された期間がts~teであるとする。その期間をjで番号付けをすると、集約正味需要量rsumjは以下の式26で表される。
<4-6. Dharma Drop Algorithm >
A profile of net demand r t can be aggregated when surplus generation r t + (or residual demand r t − ) occurs continuously (in consecutive periods). Assume that a set of periods in which surplus power generation r t + (or residual demand r t − ) occurs is identified, and that the identified period is t s to t e . Numbering the period by j, the aggregate net demand r sumj is given by
関係演算部20は、集約正味需要量rsumjのプロファイルに基づいて、前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係を演算する。
The
集約正味需要量rsumjのプロファイルは、時系列的に正と負の成分が交互に並ぶものとなる。ここで、簡単のため、rt=0は余剰発電量rt +とみなすこととし、集約正味需要量rsumjのプロファイルの第1期は正(余剰発電量rt +)、最終期は負(残余需要量rt -)となるものとする。これは、元のプロファイルの集約開始期を適宜調整することで対応可能である。余剰発電量rt +と残余需要量rt -の成分数は等しくなり、その数をmとすると、集約正味需要量rsumjのプロファイルの成分数は2mとなる。 The profile of the aggregated net demand r_sumj has alternating positive and negative components over time. Here, for the sake of simplicity, r t =0 is regarded as the surplus power generation r t + , and the profile of the aggregated net demand r sumj is positive in the first period (surplus power generation r t + ) and negative in the final period. (residual demand r t − ). This can be handled by appropriately adjusting the aggregation start period of the original profile. The surplus generation r t + and the residual demand r t − have the same number of components, and if m is the number of components, the aggregate net demand r sumj profile has 2m components.
集約正味需要量rsumjのプロファイルについて、絶対値が最小の期を求め、その期をj*と表す。これは、以下の式27で表現される。
|rsumj*|=min(|rsumj|) ・・・(式27)
集約正味需要量rsumjのプロファイルの各期の成分に対して、以下の式28で表される次の操作を施し、rsum’jを得る。
For the profile of aggregate net demand r sumj , find the period with the smallest absolute value and denote that period as j * . This is expressed in Equation 27 below.
|r sumj* |=min(|r sumj |) (Formula 27)
The components of each period of the profile of the aggregate net demand r sumj are subjected to the following operations represented by Equation 28 below to obtain r sum′j .
この操作は、容量|rsumj*|の蓄電設備を導入した場合に、最大限の余剰発電量rt +を残余需要量rt -に供給した後の集約正味需要量rsumjのプロファイルを求めることに対応する。充放電により、余剰発電量rt +は充電分だけ、残余需要量rt -は放電分だけゼロに近づく。なお、式28では、蓄電設備の充放電効率eが考慮されていないが、上述の充放電効率eを考慮してもよい。最大限の余剰発電量rt +を残余需要量rt -に供給することは最大限の充放電をすることに等しく、それはすなわち容量|rsumj*|に対して充電率(SOC)0から1の充放電をm回行うことに等しい。 This operation finds the profile of the aggregated net demand r sumj after supplying the maximum surplus generation r t + to the residual demand r t − when a storage facility of capacity |r sumj* | is installed. correspond to Due to charging and discharging, the surplus power generation r t + approaches zero by the charging amount, and the residual demand r t − approaches zero by the discharging amount. Note that although the charge/discharge efficiency e of the power storage equipment is not taken into consideration in Equation 28, the charge/discharge efficiency e described above may be taken into account. Supplying the maximum surplus power generation r t + to the residual demand r t − is equivalent to maximally charging and discharging, which means that the state of charge ( SOC ) from 0 to It is equivalent to performing m charge/discharge of 1.
集約後のプロファイルrsum’jは、j=j*でゼロとなる。それ以外のjでは、元のrsumjから絶対値は減少するが符号は変わらないままである。ゼロとなるj=j*の前後の成分、rsumj*-1とrsumj*+1は、同符号である。 The aggregated profile r sum'j is zero at j=j * . For other j, the absolute value decreases from the original r_sumj but the sign remains the same. The components before and after j=j * that is zero, r sumj*−1 and r sumj*+1 , have the same sign.
rsum’jのうち、j=j*-1、j*、j*+1という3つの期を集約し、以下の式29で表される、新たな集約正味プロファイルrnewj’を得る。 Aggregate the three periods j=j * -1, j * , j * +1 of r sum'j to obtain a new aggregated net profile r newj' represented by Equation 29 below.
rnewj’も余剰発電量rt +と残余需要量rt -の成分数は等しくなり、その成分数は2m-2となる。 In r newj', the surplus power generation r t + and the residual demand r t - have the same number of components, and the number of components is 2m-2.
以上のように、プロファイルの集約→充放電により、一つのプロファイルをゼロ化→プロファイルの集約という操作を繰り返すと、1操作毎にプロファイルの成分数を2つ減らすことができる。最終的に、m+1回の操作により、プロファイルを1つに集約できる。k回目の集約後のプロファイルをrsumj
kとする。k=1ではrtを集約したものがrsumj
1となり、そのときの成分数を2miとする。ここで、添字のiは発電設備容量xpのidに対応するものである。rsumj
kでは成分数は、2(mi―k+1)となる。rsumj
kでの蓄電設備容量の増分Δxbkと、そのときの電力利用量の増分ΔQkは以下の式30及び31で表される。
As described above, by repeating profile aggregation→charging/discharging, one profile is zeroed→profile aggregation is repeated, the number of profile components can be reduced by two for each operation. Finally, the profile can be aggregated into one with m+1 operations. Let r sumj k be the profile after the k-th aggregation. When k=1, the sum of r t is r sumj 1 , and the number of components at that time is 2m i . Here, the subscript i corresponds to the id of the power generation capacity xp . The number of components in r sumj k is 2(m i −k+1). The increment Δx bk of the power storage facility capacity at r sumj k and the increment ΔQ k of the power usage at that time are expressed by the following
蓄電設備容量と電力利用量の関係は、区分線形関数となる。xbk-1≦xb≦xbkの範囲での傾き∂Q/∂xbは、(mi-k+1)であり、これはこの領域でのフルサイクル充放電回数に等しい。区分線形関数で傾きが変化する境界の点xbkは以下の式32で表される。 The relationship between the installed storage capacity and the amount of electricity used is a piecewise linear function. The slope ∂Q/∂x b in the range x bk−1 ≦x b ≦x bk is (m i −k+1), which is equal to the number of full cycle charge/discharge cycles in this region. A boundary point x bk whose slope changes with a piecewise linear function is expressed by Equation 32 below.
ただしΔxb0=0である。xbkにおける電力利用量は以下の式33で表される。 However, Δx b0 =0. The power usage amount in x bk is represented by Equation 33 below.
ただしΔQ0=0である。 However, ΔQ 0 =0.
蓄電設備を介して余剰発電量rt +から残余需要量rt -に電力を供給することは、余剰発電量rt +を砂山と見立て、残余需要量rt -を穴と見立てたときの、当該砂山を「ダルマ落としのダルマ」に読み替えて、各集約段階で最小の高さ(あるいは深さ)に等しいダルマを落として穴に埋めていくことで、一つずつダルマ及び穴を消していくのと同じようにイメージすることができる。したがって、上記アルゴリズムをダルマ落としアルゴリズムと呼ぶ。 Supplying power from the surplus power generation r t + to the residual demand r t − through the power storage equipment is the same as when the surplus power generation r t + is regarded as a sand dune and the residual demand r t − is regarded as a hole. , the sand mound is read as "Dharma drop Daruma", and at each aggregation stage, Daruma dolls equal to the minimum height (or depth) are dropped and buried in the holes, erasing Daruma dolls and holes one by one. You can imagine it in the same way as you go. Therefore, the above algorithm is called the Dharma Dropping Algorithm.
<5.発電設備容量と、蓄電設備容量と、供給電力量との関係における端点の特定>
<5-1.数式的表現>
端点特定部22は、関係演算部20が演算した複数の発電設備容量における、蓄電設備容量と供給電力量との関係に基づいて端点を特定する。具体的には、端点特定部22は、供給電力量に対する発電設備容量に関する偏微分、及び、供給電力量に対する蓄電設備容量に関する偏微分が変化する点を端点として特定する。以下、端点特定部22の処理を具体的に説明する。
<5. Identification of the end point in the relationship between the power generation capacity, the power storage capacity, and the power supply amount>
<5-1. Mathematical Expression>
The end
発電設備容量xpと、蓄電設備容量xbと、供給電力量(すなわち電力利用量Q)との3者の関係は、以下の式34で表される。 The relationship between the power generation facility capacity xp , the power storage facility capacity xb , and the power supply amount (that is, the power usage amount Q) is expressed by Equation 34 below.
ただし、xbはxbn-k≦xb≦xbn-k+1なる範囲にあるときである。右辺を2行目のように変形できるのは、xb0=0であり、右辺1行目のxbiの係数は隣り合う項で打ち消し合い全て1となるためである。 However, x b is in the range of x bn-k ≤ x b ≤ x bn-k+1 . The reason why the right side can be transformed as in the second line is that x b0 =0, and the coefficients of x bi in the first line of the right side are all 1 due to the cancellation of adjacent terms.
式34は、式18と実質的に同一である。式18は、発電設備容量xpを固定したときの式であるが、式19に示す通り、Q0及びxbiはxpの関数なので、Q=Q(xp,xb)のように2変数関数として表される。
Equation 34 is substantially the same as
式34の(すなわち電力利用量の)蓄電設備容量xbについての偏微分は以下の式35で表される。 The partial derivative of Equation 34 (that is, the amount of electricity used) with respect to the storage installed capacity xb is represented by Equation 35 below.
式34の(すなわち電力利用量の)発電設備容量xpについての偏微分は以下の式36で表される。 The partial derivative of Eq .
ただし、J-は、残余需要量rt -が発生している(すなわちxppt≦dtのときの)期の集合である。J+は、xbiに対応する期間の期の集合である。 where J − is the set of periods in which residual demand r t − occurs (that is, when x p p t ≦d t ). J + is the set of epochs of the period corresponding to x bi .
対象システムの電力の需要量dtの合計をDとする。すなわち、Dは以下の式37で表わされる。 Let D be the total power demand dt of the target system. That is, D is represented by Equation 37 below.
電力利用量QをDで除したものが電力利用率yとなる(y=Q/D)。 The power usage rate y is obtained by dividing the power usage amount Q by D (y=Q/D).
発電設備容量xpと、蓄電設備容量xbと、電力利用量Qとの3者の関係を表す3次元凸多面体の各面の法線ベクトルの成分は以下の式38で表される。 The component of the normal vector of each surface of the three-dimensional convex polyhedron representing the relationship between the power generation capacity xp , the power storage capacity xb , and the power consumption Q is expressed by Equation 38 below.
式38に式35及び式36を当てはめることができる。なお、電力利用量の変化率と、第3成分を1(=∂y/∂y)としたベクトル(∂y/∂xp,∂y/∂xb,1)が、凸多面体の1平面の法線ベクトルとなる。 Equations 35 and 36 can be applied to Equation 38. Note that the rate of change in the amount of electricity used and the vector (∂y/∂x p , ∂y/∂x b , 1) with the third component set to 1 (=∂y/∂y) are one plane of the convex polyhedron is the normal vector of
<5-2.端点発生条件1 xb=0のとき>
xb-=0で∂Q/∂xpが変化するxpを考える。
<5-2. End
Consider x p with x b −=0 and ∂Q/∂x p varying.
であるから、∂Q/∂xpが変化するのは、J-の要素が変化するときである。J-は、残余需要量rt -が発生している期の集合であるから、その要素が変化するときとは、それまで(rt<0)であった期tが(rt>0)の期になるとき、すなわち、rt=0あるいはxppt=dtとなるときである。よって、xp=dt/ptのとき、xb=0で端点となる。すなわち、(xp,xb,y)=(dt/pt,0,y0)は端点である。 So ∂Q/∂x p changes when the elements of J − change. Since J − is a set of periods in which the residual demand r t − occurs, when the element changes, the period t that was (r t < 0) until then becomes (r t > 0 ), that is, when r t =0 or x p p t =d t . Therefore, when x p =d t /p t , the end point is x b =0. That is, (x p ,x b ,y)=(d t / pt ,0,y 0 ) is the endpoint.
<5-3.端点発生条件2 xb=xbhのとき>
xb=xbhで∂Q/∂xpが変化するxpを考える。この条件では、2つの場合が考えられる。1つ目は、
Consider x p such that ∂Q/∂x p varies with x b =x bh . There are two possible cases for this condition. The first is
<5-3-1.Jhの要素が変化するとき>
xbhは、t期の残余需要量rt
-がの計算から得られる結果の1つとする。すなわち、式8に示した逆向き累積正味需要量qtjに対する操作により得られるlkあるいはlk+hkとする。なお、Jhのhは添字であり、hkのhとは無関係である。jhの要素が変化する場合は、次の3つが考えられる。
<5-3-1. When the elements of J h change>
Let x bh be one of the results obtained from the calculation of the residual demand r t − for period t. That is, let it be l k or l k +h k obtained by manipulating the reverse cumulative net demand quantity q tj shown in
(i)n0<0だったものがn0=0になるとき
なお、n0は、
n0<0では、lK=n1-m0、lK+hK=n0-m0であるが、n0=0では、lK+hK=-m0となる。xbh=lK+hKのとき、n0<0→n0=0でJhの要素が変化する。
(i) When n 0 < 0 becomes n 0 = 0 Note that n 0 is
When n 0 <0, l K =n 1 −m 0 and l K +h K =n 0 −m 0 , but when n 0 =0, l K +h K =−m 0 . When x bh =l K +h K , the elements of J h change as n 0 <0→n 0 =0.
(ii)nk>qtj(ただしj2k<j<j2k-1)だったものが、nk=qtjとなるとき(nk=max(qtj)=qtj2k(ただしj2k-1≧j≧0の範囲))
このときもJhの要素が変化する。
(ii) When n k > q tj (where j 2k < j < j 2k-1 ) becomes n k = q tj (n k = max(q tj ) = q tj2k (where j 2k- 1 ≥ j ≥ 0 range))
At this time as well, the elements of Jh change.
(iii)mk<qtj(ただしj2k+1<j<j2(k+1))だったものが、mk=qtjとなるとき(mk=min(qtj)=qtj2k+1(ただしj2k≧j≧0の範囲))
このときもJhの要素が変化する。
(iii) When mk < qtj (where j2k+1 <j< j2(k+1) ) becomes mk = qtj ( mk = min( qtj ) = qtj2k+1 (where j2k ≧ j ≧ 0 range))
At this time as well, the elements of Jh change.
上記(ii)及び(iii)のケースでは、
<5-3-2.xbh=xbh+1となるとき>
この場合も、xbh、xbh+1が、それぞれ
Again, x bh and x bh+1 are
端点特定部22は、上述の演算により、端点を特定する。
The
<6.演算結果の描画>
描画部24は、関係演算部20が演算した、発電設備容量xpと、蓄電設備容量xbと、供給電力量(すなわち電力利用量Q)又は電力利用率との3者の関係を表すグラフを描画する。特に、描画部24は、端点特定部22が特定した端点を含む(端点が明示された)上記グラフを描画する。図9は、描画部24により生成された、発電設備容量と、蓄電設備容量と、電力利用率との3者の関係を示す凸多面体の例が示されている。図9においては、一部の端点にPの番号を付し、凸多面体の一部の平面にSの番号を付している。
<6. Drawing calculation results>
The
また、図10には、図9に示した凸多面体を上から(すなわち電力利用率軸の正の方向から)見た図が示されている。描画部24は、端点特定部22の演算過程で得られた偏微分値、すなわち、凸多面体の各面の法線ベクトル(∂y/∂xp,∂y/∂xb)を可視化する。図11に、描画部24が生成した、3次元凸多面体を構成する平面の法線ベクトルの値をプロットした法線ベクトルプロット図が示されている。なお、図10に示された図と図11に示された法線ベクトルプロット図は双対関係にある。図11に示した法線ベクトルプロット図は、コスト設定(発電コスト及び蓄電コスト)と最適解の対応関係を網羅的に表すものである。
10 shows a view of the convex polyhedron shown in FIG. 9 viewed from above (that is, from the positive direction of the power utilization rate axis). The
発電設備容量xp、蓄電設備容量xb、及び電力利用率y(xp,xb,y)と、法線ベクトルの値、すなわち発電、蓄電設備の単価(∂y/∂xp,∂y/∂xb)=(p1,p2)、及び、バックアップ電源の運用コストpfと設備単価Ifをもちいて、発電設備、蓄電設備、及びバックアップ電源からなる電力供給システムの電力システムコストLsys(円/kWh)は、以下の式39で表される。
Lsys=p1xp+p2xb+pf(1-y)+If ・・・(式39)
ただし、(xp,xb,y)は(p1,p2)が与えられたときの最適導入量及び最適電力利用率である。
Power generation facility capacity x p , power storage facility capacity x b , power utilization rate y (x p , x b , y) and normal vector values, that is, unit prices of power generation and storage facilities (∂y/∂x p , ∂ y/∂x b )=(p 1 , p 2 ), and using the operation cost pf and the unit unit price of the backup power supply If, the power supply system of the power supply system consisting of the power generation equipment, the storage equipment, and the backup power supply The cost L sys (yen/kWh) is represented by Equation 39 below.
L sys = p 1 x p + p 2 x b + p f (1-y) + I f (equation 39)
However, (x p , x b , y) are the optimum introduction amount and the optimum power utilization rate when (p 1 , p 2 ) are given.
式39により、発電設備単価及び蓄電設備単価と、その単価での最適導入量及び最適電力利用率に基づく、電力供給システムのコストであるシステムコストの関係を得ることができる。描画部24は、当該関係示すマップを描画する。当該マップの例が図12に示されている。図12に示されたマップは等高線図であり、図12に示される線は、同じ電力システムコストを得られる蓄電設備単価と発電設備単価の組を示すものである。
From Equation 39, it is possible to obtain the relationship between the unit price of the power generation equipment and the unit price of the electricity storage equipment, and the system cost, which is the cost of the power supply system based on the optimum introduction amount and the optimum power utilization rate at the unit price. The
<7.ユーザへの情報の提示>
提示部26は、描画部24が生成したグラフ(凸多面体)あるいはマップをユーザに提供する。例えば、入出力インターフェース12に含まれるディスプレイに上記グラフやマップを表示させる。あるいは、上記グラフやマップを示すデータをユーザ端末に送信して、ユーザ端末のディスプレイに表示させる。なお、提示部26は、必ずしも描画部24が生成したグラフやマップをユーザに提示する必要はなく、種々の態様で、少なくとも、端点特定部22が特定した端点を含む、発電設備容量と、蓄電設備容量と、供給電力量(又は電力利用率)との関係を示す情報をユーザに提示することができる。
<7. Presentation of information to the user>
The
ユーザは、提示部26により提示された情報により、発電設備における発電設備容量と、蓄電設備における蓄電設備容量と、対象システムへ供給される電力量との関係を容易に把握することができる。
From the information presented by the
以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Although the embodiments according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
10 電力供給システムの設計支援装置、12 入出力インターフェース、14 メモリ、16 プロセッサ、18 端点候補特定部、20 関係演算部、22 端点特定部、24 描画部、26 提示部。 10 power supply system design support device, 12 input/output interface, 14 memory, 16 processor, 18 end point candidate identification unit, 20 relation calculation unit, 22 end point identification unit, 24 drawing unit, 26 presentation unit.
Claims (6)
前記発電設備の発電量と前記対象システムの電力の需要量との差分の時間変化を表す正味需要量プロファイルに基づいて、前記発電設備の発電設備容量と、前記蓄電設備の蓄電設備容量と、前記対象システムへの供給電力量と関係において、線形関係の係数が変化する点である端点の候補を有する複数の発電設備容量を特定する端点候補特定部と、
前記正味需要量プロファイルに基づいて、前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係を演算する関係演算部と、
前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係に基づいて、前記供給電力量に対する前記発電設備容量に関する偏微分、及び、前記供給電力量に対する前記蓄電設備容量に関する偏微分が変化する点を端点として特定する端点特定部と、
特定した前記端点を含む、前記発電設備容量と、前記蓄電設備容量と、前記供給電力量との関係をユーザに提示する提示部と、
を備えることを特徴とする電力供給システムの設計支援装置。 A power supply system design support device for supplying power to a target system, including power generation equipment and power storage equipment,
Based on a net demand profile that represents a temporal change in the difference between the power generation amount of the power generation facility and the power demand of the target system, the power generation facility capacity of the power generation facility, the power storage facility capacity of the power storage facility, and the an end point candidate identification unit that identifies a plurality of power generation installed capacities having end point candidates that are points at which the coefficient of the linear relationship changes in relation to the amount of power supplied to the target system;
a relationship calculation unit that calculates the relationship between the power storage facility capacity and the supply power amount in the plurality of power generation facility capacities based on the net demand profile;
Based on the relationship between the power storage facility capacity and the supply power amount in the plurality of power generation facility capacities, a partial derivative of the power generation facility capacity with respect to the supply power amount and a partial differentiation of the power storage facility capacity with respect to the supply power amount an end point identification unit that identifies a point where changes in as an end point;
a presentation unit that presents to a user the relationship between the power generation facility capacity, the power storage facility capacity, and the power supply amount, including the specified end point;
A power supply system design support device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給システムの設計支援装置。 In the net demand profile, the relationship calculation unit is configured to perform a plurality of time-series continuous periods in which the power generation amount is greater than the demand amount, or a time-series continuous period in which the demand amount is greater than the power generation amount. generate an aggregated net demand profile that aggregates a plurality of periods to be generated, and based on the aggregated net demand profile, calculate the relationship between the power storage facility capacity and the supply power amount in the plurality of power generation facility capacities. ,
2. The power supply system design support device according to claim 1, wherein:
をさらに備え、
前記提示部は、前記グラフを前記ユーザに提示する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電力供給システムの設計支援装置。 a drawing unit that generates a graph including the specified end point and showing the relationship between the power generation capacity, the power storage capacity, and the power supply amount;
further comprising
The presentation unit presents the graph to the user,
2. The power supply system design support device according to claim 1, wherein:
前記提示部は、前記法線ベクトルプロット図を前記ユーザに提示する、
ことを特徴とする請求項3に記載の電力供給システムの設計支援装置。 The drawing unit is a convex polyhedron as the graph based on the partial differentiation regarding the power generation facility capacity with respect to the supply power amount specified by the end point identification unit and the partial differentiation regarding the power storage facility capacity with respect to the power supply amount Generate a normal vector plot figure that plots the values of the normal vector of the plane,
The presentation unit presents the normal vector plot diagram to the user,
4. The power supply system design support device according to claim 3, wherein:
前記提示部は、前記マップを前記ユーザに提示する、
ことを特徴とする請求項4に記載の電力供給システムの設計支援装置。 Based on the relationship between the power generation facility capacity, the power storage facility capacity, and the power supply amount, the value of the normal vector, and the unit price of the power generation facility and the power storage facility, the drawing unit generating a map showing the relationship between the unit price, the equipment unit price of the power storage equipment, and the system cost, which is the cost of the power supply system;
the presentation unit presents the map to the user;
5. The power supply system design support device according to claim 4, characterized in that:
前記コンピュータを、
前記発電設備の発電量と前記対象システムの電力の需要量との差分の時間変化を表す正味需要量プロファイルに基づいて、前記発電設備の発電設備容量と、前記蓄電設備の蓄電設備容量と、前記対象システムへの供給電力量と関係において、線形関係の係数が変化する点である端点の候補を有する複数の発電設備容量を特定する端点候補特定部と、
前記正味需要量プロファイルに基づいて、前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係を演算する関係演算部と、
前記複数の発電設備容量における前記蓄電設備容量と前記供給電力量との関係に基づいて、前記供給電力量に対する前記発電設備容量に関する偏微分、及び、前記供給電力量に対する前記蓄電設備容量に関する偏微分が変化する点を端点として特定する端点特定部と、
特定した前記端点を含む、前記発電設備容量と、前記蓄電設備容量と、前記供給電力量との関係をユーザに提示する提示部と、
として機能させることを特徴とする電力供給システムの設計支援プログラム。
Operate the computer as a design support device for a power supply system for supplying power to the target system, including power generation equipment and power storage equipment;
said computer,
Based on a net demand profile that represents a temporal change in the difference between the power generation amount of the power generation facility and the power demand of the target system, the power generation facility capacity of the power generation facility, the power storage facility capacity of the power storage facility, and the an end point candidate identification unit that identifies a plurality of power generation installed capacities having end point candidates that are points at which the coefficient of the linear relationship changes in relation to the amount of power supplied to the target system;
a relationship calculation unit that calculates the relationship between the power storage facility capacity and the supply power amount in the plurality of power generation facility capacities based on the net demand profile;
Based on the relationship between the power storage facility capacity and the supply power amount in the plurality of power generation facility capacities, a partial derivative of the power generation facility capacity with respect to the supply power amount and a partial differentiation of the power storage facility capacity with respect to the supply power amount an end point identification unit that identifies a point where changes in as an end point;
a presentation unit that presents to a user the relationship between the power generation facility capacity, the power storage facility capacity, and the power supply amount, including the specified end point;
A power supply system design support program characterized by functioning as a
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