JPWO2013038482A1 - ピークカット制御装置 - Google Patents

Abstract

計画発電量と需要予測電力量との差分電力を求める差分電力演算部１３と、差分電力と蓄電池１０５の単位時間当たりの充電可能電力または放電可能電力とを所定時間毎に比較して蓄電池１０５の充放電および仮ピークカット量の増減をシミュレートすることにより、所定時間毎のピークカット量を求めるピークカット量演算部１４とを備えることにより、蓄電池１０５の充電可能電力または放電可能電力を最大限に利用したピークカット量を求めることができるようにする。

Description

本発明はピークカット制御装置に関し、特に、蓄電池併設型の自然エネルギー発電システムにおけるピークカット制御装置に関するものである。

太陽光発電や風力発電などは、クリーンな自然エネルギーを使用するという利点があるが、日射や風況などの自然条件に左右され安定な発電量を確保することが難しい。その不安定な電力は、電力ネットワークにそのまま送電することはできない。このため、発電装置に対して蓄電池を併設し、自然条件によって随時変動する発電出力の一部を蓄電池に充放電することにより、出力を安定化して電力ネットワークへ送電する技術が用いられている。

また、発電により得られた電力の一部を電力需要の少ない夜間（オフピーク時）に蓄電池に充電し、電力需要の多い昼間帯（ピーク時間帯）において放電することによりピークカットする技術も用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００９−２８４５８６号公報 特開２００４−６２２５４号公報

特許文献１に記載の発明では、電力の需要予測および購入電力規定値の差を時間帯毎に計算し、需要予測が購入電力規定値より大きい場合、その差をピーク電力とする。そして、各時間帯のピーク電力を積分してピーク電力の総量を計算する。一方、充放電器で計測された最新の充電電力量よりもピーク電力の総量が大きいか否かを判断し、大きい場合は、ピークカットに必要な蓄電量を、ピーク電力が発生する時間帯以前に確保するように電力を蓄電池に充電する計画を立てる。これにより、ピークカットを行う時間帯には、ピークカットを行うために必要な電力量を蓄電池から供給できるようにしている。

また、特許文献２に記載の発明では、あらかじめ求めた消費電力パターンを基に、ピークカット位置を仮定し、これを基に、発電装置の定格発電出力を仮定する。そして、これらの消費電力パターンの最大電力とピークカット位置、電力料金データ、発電システムの価格データ、使用期間データ、設備維持や補修費用データなどを用いた所定の演算により、発電システムの利用による費用削減効果や利益効果を求める。

そして、仮定したピークカット位置の範囲内で費用削減効果や利益効果が最大となるように、仮定した定格発電出力の値を何度か変更する。さらに、仮定したピークカット位置を何度か変更して、それに適した定格発電出力および定格電池容量を求め、費用削減効果や利益効果が最大となるピークカット位置を定める。このようにして、電力消費者が使用する負荷や電力供給者が電力を供給する負荷に対して最も適切な発電システムの選定を可能にしている。

上述のように、特許文献１，２に記載の従来技術では、事前に電力の需要予測をしてピークカット量を求めているものの、特許文献１では需要予測と購入電力規定値との差分に基づきピークカット量を求めている。また、特許文献２では、需要予測の消費電力パターンに基づき費用削減効果や利益効果が最大となるピークカット量を求めている。

ところが、特許文献１の購入電力規定値や、特許文献２の費用削減効果または利益効果を基準としてピークカット量を求めると、蓄電池の充放電だけではピークカットが十分に行えなくなってしまう場合がある。刻々変化する蓄電池の空き容量や蓄電量を考慮してピークカット量を求めていないため、空き容量が不足して余剰の発電電力を蓄電池に十分に蓄えることができなくなったり、蓄電量が不足して蓄電池からの放電を十分に行えなくなったりすることがあるからである。

上述のように、ピークカットを行うために蓄電池の充放電では賄えなくなる場合には、発電機を制御して発電電力量を調整しなければならない。しかしながら、風力発電機のように回転機械を伴うものでは、回転機械に必然的に発生する特有の制御の難しさと慣性による制御遅れとがある。そのため、刻々変化する電力需要の調整源を回転機械の風力発電機に委ねるピークカット制御では、迅速な対応が困難という問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、蓄電池を最大限に利用して、できるだけ風力発電機の回転機械に頼らずに電力のピークカット制御を行うことができるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、仮ピークカット量に基づき定まる計画発電量と所定時間毎の電力需要を予測した需要予測電力量との差分電力を求め、当該求めた差分電力と蓄電池の単位時間当たりの充電可能電力または放電可能電力とを所定時間毎に比較して蓄電池の充放電および仮ピークカット量の増減をシミュレートすることにより、所定時間毎のピークカット量を逐次求めるようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、蓄電池の単位時間当たりの充電可能電力または放電可能電力を考慮してピークカット量が求められるので、蓄電池の能力を最大限に利用したピークカット量を求めることができる。そのため、シミュレーション後の実際の運用時において、蓄電池の能力を最大限に利用して、実際の需要に対して過不足となる発電電力を蓄電池の充放電によって制御することができ、できるだけ風力発電機の回転機械に頼らずに電力のピークカット制御を行うことができる。

本実施形態によるピークカット制御装置を備えた蓄電池併設型の自然エネルギー発電システムの構成例を示す図である。 本実施形態によるピークカット制御装置の機能構成例を示す図である。 本実施形態のピークカット制御装置によって行われるシミュレーションの動作例を示すフローチャートである。 本実施形態のピークカット制御装置により求められる１日分のピークカット量の一例を示す図である。 本実施形態のオンライン制御装置によって行われるオンライン制御の動作例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態によるピークカット制御装置を備えた蓄電池併設型の自然エネルギー発電システムの構成例を示す図である。本実施形態による蓄電池併設型の自然エネルギー発電システムは、自然エネルギー発電装置と、当該自然エネルギー発電装置で発電した電力の一部を充放電する蓄電池とを備えたシステムである。本実施形態では自然エネルギー発電システムの例として、風力発電システムを用いている。

図１に示すように、本実施形態の風力発電システム１００は、風力発電装置１０１（自然エネルギー発電装置に相当）、風車制御装置１０２、充放電制御装置１０３、インバータ１０４、蓄電池１０５、発電量メータ１０６、充電量メータ１０７、ピークカット制御装置１０８およびオンライン制御装置１０９を備えて構成されている。また、本実施形態の風力発電システム１００は、給電制御装置２００を介して電力会社の系統２０１に連系されている。また、本実施形態の風力発電システム１００は、需要予測システム３００に接続されている。

風力発電装置１０１は、風力によって駆動され系統２０１へ給電するための電力を発生するものである。具体的には、風力発電装置１０１は、台座上にタワー部が築かれ、タワー部の上部にプロペラ型風車が設けられた構成となっている。プロペラ型風車の羽根（翼）部分であるブレードは、ハブを介して回転軸に取り付けられ、風を受けて回転軸と共に回転可能に構成されている。回転軸には発電機が繋がれており、当該発電機により発電された電力が電力ケーブルを介して風力発電装置１０１の外部に出力されるように構成されている。

風車制御装置１０２は、風力発電装置１０１が備える風車（回転機械）の回転を制御するものである。風車制御装置１０２は、風車の回転を制御することにより、風力発電装置１０１での発電量を制御している。風力発電装置１０１において発電された電力は、充放電制御装置１０３およびインバータ１０４を介して蓄電池１０５に供給され、あるいは、給電制御装置２００を介して系統２０１に送電されるようになっている。

蓄電池１０５は、風力発電装置１０１で発電した電力の一部を充放電により蓄電するものである。充放電制御装置１０３は、蓄電池１０５の充放電を制御するものである。基本的には、充放電制御装置１０３は、風力発電装置１０１での発電量が需要予測システム３００により求められる需要電力量を上回る場合は、その余剰電力を蓄電池１０５に充電するように制御する。逆に、風力発電装置１０１での発電量が需要電力量を下回る場合は、その不足電力を補うために蓄電池１０５から放電を行うように制御する。

インバータ１０４は、電力の直交流の変換を行うものである。具体的には、インバータ１０４は、充電時に充放電制御装置１０３から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池１０５に供給する。また、インバータ１０４は、放電時に蓄電池１０５から供給される直流電力を交流電力に変換して充放電制御装置１０３に供給する。

給電制御装置２００は、風力発電装置１０１により発電された電力と、充放電制御装置１０３の制御により蓄電池１０５から放電された電力とを用いて、系統２０１に給電する電力を制御する。例えば、給電制御装置２００は、風力発電装置１０１の発電量と蓄電池１０５からの放電量とを合成した電力を系統２０１に供給するように制御する。このような制御を行うことにより、系統２０１から見た風力発電装置１０１の出力電力の変動が抑制され、系統２０１に供給される電力を一定に平滑化することができる。

需要予測システム３００は、所定時間毎の電力需要を予測するものである。ピークカット量を求めるシミュレーションの実行時には、需要予測システム３００は、例えば翌日の電力需要を所定時間（例えば、１分）毎に予測し、当該予測によって求めた１日分の需要予測電力量をピークカット制御装置１０８に供給する。

また、シミュレーションによって求めたピークカット量を用いて実際に風力発電システム１００を運用するオンライン制御の実行時には、需要予測システム３００は、当日の電力需要を所定時間（例えば、１秒）毎に予測し、当該予測により求めた需要予測電力量をオンライン制御装置１０９に逐次供給する。なお、電力需要の予測は、公知の手法を適用して行うことが可能である。ここではその詳細な説明を割愛する。

発電量メータ１０６は、風力発電装置１０１により実際に発電される電力量を逐次検出し、検出した発電電力量をオンライン制御装置１０９に通知する。充電量メータ１０７は、蓄電池１０５の充電電力量（蓄電量）を逐次検出し、検出した充電電力量をオンライン制御装置１０９に通知する。

ピークカット制御装置１０８は、電力需要および蓄電池１０５に関する情報（詳しくは後述する）に応じたピークカット量をシミュレーションによって求める。すなわち、ピークカット制御装置１０８は、需要予測システム３００により求められた翌日の需要予測電力量および蓄電池１０５に関する情報を用いてシミュレーションを実行することにより、翌日の電力需要（予測値）と蓄電池１０５の状態等に応じた適切なピークカット量を求める。

オンライン制御装置１０９は、ピークカット制御装置１０８によるシミュレーションが行われた翌日、実際に風力発電システム１００を運用してオンライン制御を実行するときに、前日に求めておいたピークカット量と、需要予測システム３００により求められる当日の需要予測電力量とを用いて、蓄電池１０５の充放電を制御することによりピークカットを実行する。

具体的には、オンライン制御装置１０９は、ピークカット制御装置１０８により前日のシミュレーションで求められたピークカット量を、当日の計画発電量として設定する。そして、その計画発電量による発電計画に従って風力発電装置１０１で発電される発電量が需要予測システム３００により求められる需要電力量を上回る場合は、その余剰電力を蓄電池１０５に充電するように充放電制御装置１０３を制御する。逆に、風力発電装置１０１での発電量が需要電力量を下回る場合は、その不足電力を補うために蓄電池１０５から放電を行うように充放電制御装置１０３を制御する。

なお、蓄電池１０５の充電電力量（蓄電量）は充電量メータ１０７により検出されており、検出された充電電力量はオンライン制御装置１０９に通知される。オンライン制御装置１０９は、充電量メータ１０７から通知される蓄電池１０５の充電電力量に基づいて、当該充電電力量が過剰あるいは不足していて上述のような蓄電池１０５の充放電を行えないと判断した場合、風車制御装置１０２を通じて風力発電装置１０１での発電量を制御する。

図２は、本実施形態によるピークカット制御装置１０８の機能構成例を示す図である。図２に示すように、本実施形態のピークカット制御装置１０８は、その機能構成として、データ読込部１１、計画発電量演算部１２、差分電力演算部１３、ピークカット量演算部１４およびピークカット量記憶部１５を備えて構成されている。

データ読込部１１は、翌日の電力需要を所定時間（例えば、１分）毎に予測した１日分の需要予測電力量を表す需要予測データを需要予測システム３００から読み込む。

計画発電量演算部１２は、データ読込部１１により読み込まれた需要予測データと、ピークカット量演算部１４により仮設定された仮ピークカット量ＴＰＣとに基づいて、風力発電装置１０１における計画発電量ＳＧｅｎＰを演算する。具体的には、需要予測データに基づいて翌日に予想される消費電力の最大値ＭａｘＰを特定し、当該最大値ＭａｘＰから仮ピークカット量ＴＰＣを減算することにより、所定時間毎の計画発電量ＳＧｅｎＰを求める（ＳＧｅｎＰ＝ＭａｘＰ−ＴＰＣ）。

差分電力演算部１３は、計画発電量演算部１２により求められた所定時間毎の計画発電量ＳＧｅｎＰと、所定時間毎の電力需要を予測した需要予測電力量ＦＬＰとの差分電力ＤＰを求める（ＤＰ＝ＳＧｅｎＰ−ＦＬＰ）。なお、需要予測電力量ＦＬＰは、データ読込部１１が需要予測システム３００から需要予測データとして読み込んだものを利用する。

ピークカット量演算部１４は、差分電力演算部１３により求められた差分電力ＤＰと、蓄電池１０５の充電可能電力ＰＣＰまたは放電可能電力ＰＤＰとを所定時間毎に比較して、蓄電池１０５の充放電および仮ピークカット量ＴＰＣの増減をシミュレートすることにより、所定時間毎にピークカット量ＰＣを求める。そして、ピークカット量演算部１４は、求めた所定時間毎のピークカット量ＰＣをピークカット量記憶部１５に記録する。

なお、充電可能電力ＰＣＰとは、蓄電池１０５に対して充電可能な単位時間当たりの電力（瞬時値）を示す。これは、蓄電池１０５の充電電力量（蓄電量）ＲＣとは異なる概念である。充電電力量ＲＣは、蓄電池１０５に対して実際に蓄電されている電力量を示す。例えば、蓄電池１０５の全容量が２０，０００ｋＷｈ（例えば、単位時間当たり２，０００ｋＷの電力を１０時間放電できるという定格とする）である場合、その全容量の半分まで蓄電されているとき、充電電力量ＲＣは１０，０００ｋＷｈということになる。

これに対して、２，０００ｋＷという値が充電可能電力ＰＣＰということになる。蓄電池１０５の全容量が同じ２０，０００ｋＷｈであっても、定格が異なれば、充電可能電力ＰＣＰも異なる。例えば、単位時間当たり１，０００ｋＷの電力を２０時間放電できるという定格の場合には、充電可能電力ＰＣＰは１，０００ｋＷということになる。放電可能電力ＰＤＰも同様である。すなわち、放電可能電力ＰＤＰは、蓄電池１０５から放電可能な単位時間当たりの電力（瞬時値）を示す。

ピークカット量演算部１４は、差分電力演算部１３により求められた差分電力ＤＰが充電可能電力ＰＣＰより小さくなる範囲内で仮ピークカット量ＴＰＣが最大となるように、蓄電池１０５の充電による充電電力量ＲＣの増加および仮ピークカット量ＴＰＣの増加をシミュレートする。また、ピークカット量演算部１４は、差分電力ＤＰが放電可能電力ＰＤＰより小さくなる範囲内で仮ピークカット量ＴＰＣが最小となるように、蓄電池１０５の放電による充電電力量ＲＣの減少および仮ピークカット量ＴＰＣの減少をシミュレートする。

ピークカット量演算部１４は、このようなシミュレーションにより最終的に求められた仮ピークカット量ＴＰＣを、ピークカット量ＰＣとして決定する。ピークカット量演算部１４は、上述のようなシミュレーションを、１日を所定時間毎に区切った単位で複数回繰り返し行うことにより、１日分の所定時間毎のピークカット量ＰＣを求める。

なお、シミュレーションによってピークカット量ＰＣを求める際に、蓄電池１０５の充電可能電力ＰＣＰおよび放電可能電力ＰＤＰに加えて、蓄電池１０５の充電限界ＣＬＭｈおよび放電限界ＤＬＭｈも考慮するのが好ましい。充電限界ＣＬＭｈとは、蓄電池１０５が充電末になった状態（充電電力量ＲＣが１００％の状態）を言う。また、放電限界ＤＬＭｈとは、蓄電池１０５が放電末になった状態（充電電力量ＲＣが０％の状態）を言う。なお、±１５％程度の余裕をとり、充電電力量ＲＣが８５％の状態を充電限界ＣＬＭｈ、充電電力量ＲＣが１５％の状態を放電限界ＤＬＭｈとしてもよい。

蓄電池１０５の充電限界ＣＬＭｈおよび放電限界ＤＬＭｈも考慮する場合、ピークカット量演算部１４は、差分電力ＤＰが充電可能電力ＰＣＰより小さくなり、かつ、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが充電限界ＣＬＭｈを超えない範囲内で仮ピークカット量ＴＰＣが最大となるように、蓄電池１０５の充電による充電電力量ＲＣの増加および仮ピークカット量ＴＰＣの増加をシミュレートする。また、ピークカット量演算部１４は、差分電力ＤＰが放電可能電力ＰＤＰより小さくなり、かつ、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが放電限界ＤＬＭｈを超えない範囲内で仮ピークカット量ＴＰＣが最小となるように、蓄電池１０５の放電による充電電力量ＲＣの減少および仮ピークカット量ＴＰＣの減少をシミュレートする。

次に、上記のように構成した本実施形態によるピークカット制御装置１０８の動作を説明する。図３は、本実施形態のピークカット制御装置１０８によって行われるシミュレーションの動作例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、シミュレーションの開始を指示する操作がユーザによって行われたときにスタートする。

図３において、ピークカット制御装置１０８のデータ読込部１１は、翌日の１日分の需要予測電力量を表す需要予測データを需要予測システム３００から読み込む（ステップＳ１）。このとき、ピークカット制御装置１０８は、１日分のシミュレーションを行う際の所定時間の値（分単位）を表すリードタイムｔの値を“１”に初期化しておく。

次に、計画発電量演算部１２は、データ読込部１１により読み込まれた需要予測データから特定される翌日の消費電力の最大値ＭａｘＰと、ピークカット量演算部１４により仮設定された仮ピークカット量ＴＰＣとに基づいて、風力発電装置１０１における計画発電量ＳＧｅｎＰ（＝ＭａｘＰ−ＴＰＣ）を演算する（ステップＳ２）。なお、初期状態において仮ピークカット量ＴＰＣは任意の値に設定しておく。

さらに、差分電力演算部１３は、計画発電量演算部１２により求められた計画発電量ＳＧｅｎＰと、データ読込部１１により読み込まれた需要予測データから特定される所定リードタイムｔ（最初はｔ＝１）の需要予測電力量ＦＬＰとの差分電力ＤＰ（＝ＳＧｅｎＰ−ＦＬＰ）を求める（ステップＳ３）。そして、ピークカット量演算部１４は、差分電力演算部１３により算出された差分電力ＤＰが正の値か否かを判定する（ステップＳ４）。

差分電力ＤＰが正の値の場合は、ステップＳ５〜Ｓ９で充電のシミュレーションを行う。まず、ピークカット量演算部１４は、差分電力演算部１３により求められた差分電力ＤＰが、蓄電池１０５の充電可能電力ＰＣＰよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。

ここで、差分電力ＤＰが充電可能電力ＰＣＰより小さい場合は、その差分電力ＤＰを蓄電池１０５に充電可能ということである。よって、ピークカット量演算部１４は、差分電力ＤＰの分だけ蓄電池１０５の充電電力量ＲＣを増加させるための演算を行う（ステップＳ６）。具体的には、蓄電池１０５の当該リードタイムｔにおける充電電力量ＲＣｔを、ＲＣｔ＝ＲＣ＋ＤＰ＊ｔ／６０なる演算により算出する。ここで、“ｔ／６０”を乗算しているのは、差分電力ＤＰの単位を[ｋＷ]から[ｋＷｈ]に変換するためである。

ピークカット量演算部１４は、以上のようにして算出したリードタイムｔにおける充電電力量ＲＣｔが、蓄電池１０５の充電限界ＣＬＭｈを超えているか否か、つまり、充電電力量ＲＣｔの値が充電限界ＣＬＭｈの値より大きいか否かを判定する（ステップＳ７）。充電電力量ＲＣｔが充電限界ＣＬＭｈを超えている場合は、充電可能電力ＰＣＰの条件は満足しても実際には蓄電池１０５の空き容量が足りなくて充電できないということなので、ピークカット量演算部１４は仮ピークカット量ＴＰＣの値を所定電力量Ｐstepだけ増加させて（ステップＳ８）、ステップＳ２の処理に戻る。

なお、上記ステップＳ５において、差分電力ＤＰが蓄電池１０５の充電可能電力ＰＣＰよりも小さくないとピークカット量演算部１４にて判定した場合も、差分電力ＤＰを蓄電池１０５に充電できないということである。よって、この場合にもピークカット量演算部１４は、仮ピークカット量ＴＰＣの値を所定電力量Ｐstepだけ増加させて（ステップＳ８）、ステップＳ２の処理に戻る。

一方、上記ステップＳ７において、リードタイムｔにおける充電電力量ＲＣｔが蓄電池１０５の充電限界ＣＬＭｈを超えていないとピークカット量演算部１４にて判定した場合、ピークカット量演算部１４は、そのときの仮ピークカット量ＴＰＣを当該リードタイムｔにおけるピークカット量ＰＣとして確定し、これをピークカット量記憶部１５に記録する（ステップＳ９）。その後、処理はステップＳ１５に進む。

以上のように、差分電力ＤＰの値が正の値の場合は、ピークカット量演算部１４は、あるリードタイムｔにおいて、差分電力ＤＰが充電可能電力ＰＣＰより小さくなり、かつ、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣｔが充電限界ＣＬＭｈを超えない範囲内で仮ピークカット量ＴＰＣが最大となるように、蓄電池１０５の充電による充電電力量ＲＣｔの増加および仮ピークカット量ＴＰＣの増加をシミュレートする。

一方、差分電力ＤＰが正の値でない場合は、ステップＳ１０〜Ｓ１４で放電のシミュレーションを行う。まず、ピークカット量演算部１４は、差分電力演算部１３により求められた差分電力ＤＰが、蓄電池１０５の放電可能電力ＰＤＰよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１０）。

ここで、差分電力ＤＰが放電可能電力ＰＤＰより小さい場合は、その差分電力ＤＰを蓄電池１０５から放電可能ということである。よって、ピークカット量演算部１４は、差分電力ＤＰの分だけ蓄電池１０５から充電電力量ＲＣを減少させるための演算を行う（ステップＳ１１）。具体的には、蓄電池１０５の当該リードタイムｔにおける充電電力量ＲＣｔを、ＲＣｔ＝ＲＣ−ＤＰ＊ｔ／６０なる演算により算出する。

ピークカット量演算部１４は、以上のようにして算出したリードタイムｔにおける充電電力量ＲＣｔが、蓄電池１０５の放電限界ＤＬＭｈを超えているか否か、つまり、充電電力量ＲＣｔの値が放電限界ＤＬＭｈの値より小さいか否かを判定する（ステップＳ１２）。放電限界ＤＬＭｈを超えている場合は、放電可能電力ＰＤＰの条件は満足しても実際には蓄電池１０５の充電残量が足りなくて放電できないということなので、ピークカット量演算部１４は仮ピークカット量ＴＰＣの値を所定電力量Ｐstepだけ減少させて（ステップＳ１３）、ステップＳ２の処理に戻る。

なお、上記ステップＳ１０において、差分電力ＤＰが蓄電池１０５の放電可能電力ＰＤＰよりも小さくないとピークカット量演算部１４にて判定した場合も、差分電力ＤＰを蓄電池１０５から放電できないということである。よって、この場合にもピークカット量演算部１４は、仮ピークカット量ＴＰＣの値を所定電力量Ｐstepだけ減少させて（ステップＳ１３）、ステップＳ２の処理に戻る。

一方、上記ステップＳ１２において、リードタイムｔにおける充電電力量ＲＣｔが蓄電池１０５の放電限界ＤＬＭｈを超えていないとピークカット量演算部１４にて判定した場合、ピークカット量演算部１４は、そのときの仮ピークカット量ＴＰＣを当該リードタイムｔにおけるピークカット量ＰＣとして確定し、これをピークカット量記憶部１５に記録する（ステップＳ１４）。その後、処理はステップＳ１５に進む。

以上のように、差分電力ＤＰの値が正の値でない場合は、ピークカット量演算部１４は、あるリードタイムｔにおいて、差分電力ＤＰが放電可能電力ＰＤＰより小さくなり、かつ、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣｔが放電限界ＤＬＭｈを超えない範囲内で仮ピークカット量ＴＰＣが最小となるように、蓄電池１０５の放電による充電電力量ＲＣｔの減少および仮ピークカット量ＴＰＣの減少をシミュレートする。

ステップＳ１５において、ピークカット制御装置１０８は、リードタイムｔを所定時間ｔstep（例えば、１分）だけ先に進める。そして、ピークカット制御装置１０８は、そのリードタイムｔが１日分の終了を表す値（ｔ＝１４４０）になったか否かを判定する（ステップＳ１６）。ｔ＝１４４０になっていれば、１日分のシミュレーションが完了したことになるので、図３の処理を終了する。一方、ｔ＝１４４０になっていなければ、ＲＣ＝ＲＣｔとして（ステップＳ１７）、ステップＳ１の処理に戻る。

ピークカット制御装置１０８は、上述のようなシミュレーションを各リードタイムｔ毎に実行することにより、１日分の所定時間毎（リードタイムｔ毎）のピークカット量ＰＣを求め、ピークカット量記憶部１５に記録する。図４は、ピークカット制御装置１０８により求められる１日分のピークカット量ＰＣの一例を示す図である。

図５は、本実施形態によるオンライン制御装置１０９によって行われるオンライン制御の動作例を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、オンライン制御の開始を指示する操作がユーザによって行われたときにスタートする。

図５において、オンライン制御装置１０９は、ピークカット制御装置１０８により前日に求めたピークカット量ＰＣをピークカット量記憶部１５から読み込むとともに、当日の需要予測電力量を表す需要予測データを需要予測システム３００から読み込む（ステップＳ２１）。

次に、オンライン制御装置１０９は、ピークカット量記憶部１５から読み込んだピークカット量ＰＣを当日の計画発電量ＳＧｅｎＰとして設定し、当該計画発電量ＳＧｅｎＰに従って風車制御装置１０２を制御する。また、オンライン制御装置１０９は、風力発電装置１０１が計画通りに発電したものとして、上記のように設定した計画発電量ＳＧｅｎＰを風力発電装置１０１による実発電量ＡＧｅｎＰとする（ステップＳ２２）。

そして、オンライン制御装置１０９は、当該実発電量ＡＧｅｎＰと、需要予測システム３００から読み込んだ現時点における需要予測電力量ＡＬＰとの差分電力ＡＤＰ（＝ＡＧｅｎＰ−ＡＬＰ）を求める（ステップＳ２３）。なお、ここでは計画発電量ＳＧｅｎＰを実発電量ＡＧｅｎＰとする例について説明しているが、発電量メータ１０６により検出される発電量を実発電量ＡＧｅｎＰとしてもよい。

オンライン制御装置１０９は、ステップＳ２３で求めた差分電力ＡＤＰが正の値か否かを判定する（ステップＳ２４）。差分電力ＡＤＰが正の値の場合は、実発電量ＡＧｅｎＰが余剰しているということなので、ステップＳ２５〜Ｓ２９で蓄電池１０５への充電を行う。まず、オンライン制御装置１０９は、差分電力ＡＤＰが蓄電池１０５の充電可能電力ＰＣＰよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２５）。

ここで、差分電力ＡＤＰが充電可能電力ＰＣＰより小さい場合は、その差分電力ＡＤＰを蓄電池１０５に充電可能ということである。よって、オンライン制御装置１０９は、差分電力ＡＤＰを蓄電池１０５に充電させるよう充放電制御装置１０３を制御する（ステップＳ２６）。これにより、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣは、ＲＣ＝ＲＣ＋ＡＤＰ＊ｔ／３６００なる演算で示されるような値に増加する。ここで、“ｔ／３６００”を乗算しているのは、差分電力ＡＤＰの単位を[ｋＷ]から[ｋＷｈ]に変換するためである。シミュレーションのときと異なり“ｔ／３６００”を乗算しているのは、分単位ではなく秒単位で精密に（高時間分解能で）オンライン制御を行っているためである。

次に、オンライン制御装置１０９は、充電後における蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが、蓄電池１０５の充電限界ＣＬＭｈを超えているか否か、つまり、充電電力量ＲＣの値が充電限界ＣＬＭｈの値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２７）。なお、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣは、充電量メータ１０７により検出される。ここで、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが充電限界ＣＬＭｈを超えていない場合は、蓄電池１０５への充電に関して特に問題はないので、処理はステップＳ２１に戻り、引き続きオンライン制御を継続する。

なお、上記ステップＳ２５において差分電力ＡＤＰが蓄電池１０５の充電可能電力ＰＣＰよりも小さくないと判定した場合は、差分電力ＡＤＰを蓄電池１０５に充電できないということである。また、上記ステップＳ２７において充電電力量ＲＣが充電限界ＣＬＭｈを超えていると判定した場合も、差分電力ＡＤＰを蓄電池１０５にこれ以上充電できないということである。よって、これらの場合には、オンライン制御装置１０９は計画発電量ＳＧｅｎＰの値を所定電力量Ｐstepだけ減少させて（ステップＳ２８）、ステップＳ２１の処理に戻る。

ただし、本実施形態では、差分電力ＤＰが充電可能電力ＰＣＰより小さく、かつ、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが充電限界ＣＬＭｈを超えない範囲内で最大となるようなピークカット量ＰＣをシミュレーションによって求め、このピークカット量ＰＣを当日の計画発電量ＳＧｅｎＰとして用いている。そのため、殆どの場合はステップＳ２８の処理に移行することはない。

仮に、電力需要が予測通りにならず実際の差分電力ＡＤＰがシミュレーション時の差分電力ＤＰと多少異なることがあっても、差分電力ＡＤＰが蓄電池１０５の充電可能電力ＰＣＰよりも小さくならなかったり、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが充電限界ＣＬＭｈを超えたりすることを抑制することができる。これにより、風力発電装置１０１の風車を制御して発電量を調整しなくても、蓄電池１０５への充電によってピークカットを実現することができる。

上記ステップＳ２４において、差分電力ＡＤＰが正の値でないと判定した場合は、実発電量ＡＧｅｎＰが不足しているということなので、ステップＳ２９〜Ｓ３１で蓄電池１０５からの放電を行う。まず、オンライン制御装置１０９は、差分電力ＡＤＰが蓄電池１０５の放電可能電力ＰＤＰよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２９）。

ここで、差分電力ＡＤＰが放電可能電力ＰＤＰより小さい場合は、その差分電力ＡＤＰを蓄電池１０５から放電可能ということである。よって、オンライン制御装置１０９は、差分電力ＡＤＰを蓄電池１０５から放電させるよう充放電制御装置１０３を制御する（ステップＳ３０）。これにより、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣは、ＲＣ＝ＲＣ−ＡＤＰ＊ｔ／３６００なる演算で示されるような値に減少する。

次に、オンライン制御装置１０９は、放電後における蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが、蓄電池１０５の放電限界ＤＬＭｈを超えているか否か、つまり、充電電力量ＲＣの値が放電限界ＤＬＭｈの値より小さいか否かを判定する（ステップＳ３１）。充電電力量ＲＣが放電限界ＤＬＭｈを超えていない場合は、蓄電池１０５からの放電に関して特に問題はないので、処理はステップＳ２１に戻り、引き続きオンライン制御を継続する。

なお、上記ステップＳ２９において差分電力ＡＤＰが蓄電池１０５の放電可能電力ＰＤＰよりも小さくないと判定した場合は、差分電力ＡＤＰを蓄電池１０５から放電できないということである。また、上記ステップＳ３１において充電電力量ＲＣが放電限界ＤＬＭｈを超えていると判定した場合も、差分電力ＡＤＰを蓄電池１０５からこれ以上放電できないということである。よって、これらの場合には、オンライン制御装置１０９は計画発電量ＳＧｅｎＰの値を所定電力量Ｐstepだけ増加させて（ステップＳ３２）、ステップＳ２１の処理に戻る。

ただし、本実施形態では、差分電力ＤＰが放電可能電力ＰＤＰより小さく、かつ、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが放電限界ＤＬＭｈを超えない範囲内で最小となるようなピークカット量ＰＣをシミュレーションによって求め、このピークカット量ＰＣを当日の計画発電量ＳＧｅｎＰとして用いている。そのため、殆どの場合はステップＳ２８の処理に移行することはない。

仮に、電力需要が予測通りにならず実際の差分電力ＡＤＰがシミュレーション時の差分電力ＤＰと多少異なることがあっても、差分電力ＡＤＰが蓄電池１０５の放電可能電力ＰＤＰよりも小さくならなかったり、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣが放電限界ＤＬＭｈを超えたりすることを抑制することができる。これにより、風力発電装置１０１の風車を制御して発電量を調整しなくても、蓄電池１０５への放電によってピークカットを実現することができる。

以上詳しく説明したように、本実施形態では、仮ピークカット量ＴＰＣに基づき定まる計画発電量ＳＧｅｎＰと所定時間毎の電力需要を予測した需要予測電力量との差分電力ＤＰを求める。そして、当該求めた差分電力ＤＰと、蓄電池１０５の単位時間当たりの充電可能電力ＰＣＰまたは放電可能電力ＰＤＰとを所定時間毎に比較して、蓄電池１０５の充放電および仮ピークカット量ＴＰＣの増減をシミュレートすることにより、所定時間毎のピークカット量ＰＣを求めるようにしている。

このように構成した本実施形態によれば、蓄電池１０５の単位時間当たりの充電可能電力ＰＣＰまたは放電可能電力ＰＤＰを考慮してピークカット量ＰＣが求められるので、蓄電池１０５の充電可能電力ＰＣＰまたは放電可能電力ＰＤＰを最大限に利用したピークカット量ＰＣを求めることができる。そのため、シミュレーション後の実際のオンライン制御時において、蓄電池１０５の単位時間当たりの充放電能力を最大限に利用して、実際の需要に対して過不足となる電力を蓄電池１０５の充放電によって制御することができ、できるだけ風力発電装置１０１の回転機械に頼らずに電力のピークカット制御を行うことができる。

また、本実施形態では、蓄電池１０５の充電電力量ＲＣと蓄電池１０５の充電限界ＣＬＭｈまたは放電限界ＤＬＭｈとを所定時間毎に比較して、蓄電池１０５の充放電および仮ピークカット量ＴＰＣの増減をシミュレートすることにより、所定時間毎のピークカット量ＰＣを求めるようにしている。

このように構成した本実施形態によれば、蓄電池１０５の容量を最大限に利用したピークカット量ＰＣを求めることができる。そのため、シミュレーション後の実際のオンライン制御時において、蓄電池１０５の容量を最大限に利用して、実際の需要に対して過不足となる電力を蓄電池１０５の充放電によって制御することができ、できるだけ風力発電装置１０１の回転機械に頼らずに電力のピークカット制御を行うことができる。

なお、上記実施形態では、差分電力ＤＰと蓄電池１０５の単位時間当たりの充電可能電力ＰＣＰまたは放電可能電力ＰＤＰとの比較、および蓄電池１０５の充電電力量ＲＣと充電限界ＣＬＭｈまたは放電限界ＤＬＭｈとの比較の両方を行ってシミュレートする例について説明した。前者の比較または後者の比較の何れか一方のみを行うようにしてもよいが、風力発電装置１０１の回転機械に頼らずに蓄電池１０５を最大限に利用して電力のピークカット制御を行うためには、両方の比較を行うことが好ましい。

また、上記実施形態では、シミュレーションによって翌日の１日分のピークカット量ＰＣを求める例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、翌週の１週間分のピークカット量ＰＣを求めるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、シミュレーション時のリードタイムｔを１分単位で刻む例について説明したが、この数字は単なる一例に過ぎない。また、上記実施形態では、オンライン制御時の充放電制御を１秒単位で行う例について説明したが、この数字も単なる一例に過ぎない。

また、上記実施形態では、シミュレーションの実行時に、需要予測電力量データから特定される消費電力の最大値ＭａｘＰから仮ピークカット量ＴＰＣを減算することによって計画発電量ＳＧｅｎＰを求める例について説明したが、計画発電量ＳＧｅｎＰの求め方はこれに限定されない。例えば、翌日の風況などから発電量を予測する発電予測システムを用いて、公知の方法により計画発電量ＳＧｅｎＰを求めるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、充電可能電力ＰＣＰおよび放電可能電力ＰＤＰを固定値とする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、充電可能電力ＰＣＰを蓄電池１０５の充電電力量に応じて変動させるようにしてもよい。具体的には、蓄電池１０５が充電末近くまで充電されてきたら、充電可能電力ＰＣＰを定格よりも小さく設定する。また、蓄電池１０５が放電末近くまで放電されてきたら、放電可能電力ＰＤＰを定格よりも小さく設定する。

例えば、定格で充電可能電力ＰＣＰが２，０００ｋＷの場合、充電電力量が９０％未満のときは定格通りに充電可能電力ＰＣＰは２，０００ｋＷに設定する。これに対し、充電電力量が９０％以上９５％未満になったら、充電可能電力ＰＣＰを例えば１，０００ｋＷに下げる。さらに、充電電力量が９５％以上１００％未満になったら充電可能電力ＰＣＰを例えば５００ｋＷに下げ、蓄電池１０５が満充電になったときに充電可能電力ＰＣＰを０ｋＷとする。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

Claims (4)

1. 自然エネルギー発電装置と上記自然エネルギー発電装置で発電した電力の一部を充放電する蓄電池とを備えた蓄電池併設型の自然エネルギー発電システムにおけるピークカット制御装置であって、
   仮ピークカット量に基づき定まる上記自然エネルギー発電装置における計画発電量と、所定時間毎の電力需要を予測した需要予測電力量との差分電力を求める差分電力演算部と、
   上記差分電力演算部により求められた差分電力と、上記蓄電池の単位時間当たりの充電可能電力または放電可能電力とを上記所定時間毎に比較して、上記蓄電池への上記差分電力の充放電および上記仮ピークカット量の増減をシミュレートすることにより、上記所定時間毎にピークカット量を求めるピークカット量演算部とを備えたことを特徴とするピークカット制御装置。
2. 上記ピークカット量演算部は、上記差分電力が上記充電可能電力より小さくなる範囲内で上記仮ピークカット量が最大となるように上記蓄電池の充電による充電電力量の増加および上記仮ピークカット量の増加をシミュレートするとともに、上記差分電力が上記放電可能電力より小さくなる範囲内で上記仮ピークカット量が最小となるように上記蓄電池の放電による上記充電電力量の減少および上記仮ピークカット量の減少をシミュレートすることにより、上記所定時間毎にピークカット量を求めることを特徴とする請求項１に記載のピークカット制御装置。
3. 上記ピークカット量演算部は、上記シミュレートに代えて、上記蓄電池の充電電力量が充電限界を超えない範囲内で上記仮ピークカット量が最大となるように上記蓄電池への上記差分電力の充電による上記充電電力量の増加および上記仮ピークカット量の増加をシミュレートするとともに、上記蓄電池の充電電力量が放電限界を超えない範囲内で上記仮ピークカット量が最小となるように上記蓄電池からの上記差分電力の放電による上記充電電力量の減少および上記仮ピークカット量の減少をシミュレートすることにより、上記所定時間毎にピークカット量を求めることを特徴とする請求項１に記載のピークカット制御装置。
4. 上記ピークカット量演算部は、上記シミュレートに代えて、上記差分電力が上記充電可能電力より小さくなり、かつ、上記蓄電池の充電電力量が充電限界を超えない範囲内で上記仮ピークカット量が最大となるように上記蓄電池への上記差分電力の充電による上記充電電力量の増加および上記仮ピークカット量の増加をシミュレートするとともに、上記差分電力が上記放電可能電力より小さくなり、かつ、上記蓄電池の充電電力量が放電限界を超えない範囲内で上記仮ピークカット量が最小となるように上記蓄電池からの上記差分電力の放電による上記充電電力量の減少および上記仮ピークカット量の減少をシミュレートすることにより、上記所定時間毎にピークカット量を求めることを特徴とする請求項１に記載のピークカット制御装置。

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