WO2014132659A1 - 需給調整システム、需給調整方法ならびに需給調整プログラム - Google Patents

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WO2014132659A1
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demand adjustment
demand
adjustment device
amount
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寿人 佐久間
耕治 工藤
仁之 矢野
青木　一彦
柳田　美穂
悠真 岩崎
龍 橋本
永典 實吉
貴裕 戸泉
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日本電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a supply and demand adjustment system and a supply and demand adjustment method in which a central control device adjusts supply and demand of one or more supply and demand adjustment devices.
  • the supply and demand adjustment capability is the ability to change the power demand or the amount of power supply in response to a command to cancel the supply and demand imbalance. Specifically, it corresponds to the charge / discharge amount of the power storage device and the load change amount of the controllable load.
  • the flow of power at a connection point (such as a substation or microgrid under the jurisdiction of a power distribution company) that links an area to the upper system
  • a connection point such as a substation or microgrid under the jurisdiction of a power distribution company
  • Methods for stabilizing fluctuations are known. Specifically, in this method, the supply and demand adjustment amount is changed using a supply and demand adjustment device installed in the area so as to cancel the fluctuation of the power generation amount.
  • the supply and demand adjustment device is, for example, a power storage device such as a lithium ion battery, a lead storage battery, or a NAS battery (registered trademark), a controllable load, a device that changes the power demand and power supply amount such as a small generator. It is.
  • the supply and demand adjustment amount is the amount of power consumed or supplied by the supply and demand adjustment device upon receiving a command.
  • Patent Document 1 describes that a priority order is set for each generator based on the control characteristics and control state of the generator, and a required power control amount is assigned in descending order of priority. Specifically, in Patent Document 1, a highly accurate response is realized by allocating supply and demand adjustment amounts in order from a supply and demand adjustment device with a small delay.
  • Patent Document 2 describes the supply and demand adjustment that reflects the characteristics of the internal combustion power generation facility and the power storage device in relation to the microgrid supply and demand control technology.
  • the total supply and demand adjustment amount is calculated by using the characteristics of each supply and demand adjustment device to the maximum. It cannot be combined with the amount accurately.
  • one main object of the present invention is to adjust the supply and demand adjustment using a plurality of supply and demand adjustment devices, and to make the most of the characteristics of each supply and demand adjustment device and to adjust the total supply and demand adjustment amount required. Matching with good accuracy.
  • the supply and demand adjustment system is a supply and demand adjustment system including a central control device and one or more supply and demand adjustment devices, wherein the central control device collects information on the state of each supply and demand adjustment device.
  • a supply and demand adjustment amount calculation unit that calculates the supply and demand adjustment amount of each supply and demand adjustment device based on the frequency band and the intensity of each.
  • the total supply and demand adjustment amount when performing supply and demand adjustment using a plurality of supply and demand adjustment devices, the total supply and demand adjustment amount can be accurately matched with the required adjustment amount by making maximum use of the characteristics of each supply and demand adjustment device. it can.
  • the block diagram which shows the structure of the supply-and-demand adjustment system by the 1st Embodiment of this invention.
  • the figure which shows the result of having Fourier-transformed the time series data of the demand-and-demand adjustment request amount from the past to the present by the 1st Embodiment of this invention in t 0.
  • 7 is a flowchart of an example of error processing in FIG. 6 according to the first embodiment of the present invention.
  • 7 is a flowchart of an example of error processing in FIG. 6 according to the first embodiment of the present invention.
  • the block diagram which shows the structure of the supply-and-demand adjustment system by the 2nd Embodiment of this invention. It is a block diagram which illustrates the composition of the information processor which can execute the present invention with a computer program.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a supply and demand adjustment system according to a first embodiment of the present invention.
  • the supply and demand adjustment system is a system in which the central control apparatus 101 gives a supply and demand adjustment amount to each supply and demand adjustment apparatus 102 managed by itself.
  • An electric power company for example, the grid operator 116 who is obliged to adjust supply and demand gives the central control apparatus 101 a demand and supply adjustment request amount 117 to be realized by supply and demand adjustment.
  • the central controller 101 gives the supply and demand adjustment amount to each supply and demand adjustment device 102 so that the sum of supply and demand adjustment amounts (total supply and demand adjustment amount) of all the supply and demand adjustment devices 102 matches the demand and supply adjustment request amount 117. .
  • Each unit constituting the central control device 101 may be implemented by hardware combining logic elements, and a program stored in the storage device 2300 of the information processing device 2000 shown in FIG. 11 described later is stored in the CPU 2100 (CPU: Central: It may be realized by executing (Processing Unit).
  • the demand / supply adjustment request amount 117 is input to the demand / supply adjustment request amount grasping unit 105 in the central control apparatus 101.
  • the supply and demand adjustment request amount 117 is, for example, the following request amount.
  • LFC load frequency control
  • the supply and demand adjustment request amount grasping unit 105 may include a measurement device, measure the system state with the measurement device, and calculate the supply and demand adjustment request amount by itself.
  • the supply and demand adjustment request amount grasping unit 105 may calculate the supply and demand adjustment request amount necessary for stabilizing the system frequency in order for the supply and demand adjustment apparatus 102 to take part of the LFC. This calculation is performed based on the deviation of the system frequency from the reference frequency (for example, 50 Hz) and the state of the generator collected from the host system.
  • the supply and demand adjustment request amount grasping unit 105 measures the current flow at a location where the fluctuation of the power flow is to be suppressed in order to suppress the fluctuation of the power flow between the distribution substation and the upper system, and the target power flow. May be calculated as a demand / supply adjustment request.
  • the interval at which the supply and demand adjustment request amount grasping unit 105 acquires or calculates the supply and demand adjustment request amount is an interval of 1 second or less in a fast one depending on the application.
  • the supply and demand adjustment request amount grasping unit 105 records the acquired or calculated supply and demand adjustment request amount in the supply and demand adjustment request amount recording unit 106.
  • the supply and demand adjustment request amount recording unit 106 records the supply and demand adjustment request amount for the past certain period.
  • the demand / supply adjustment request amount recording unit 106 receives the demand / supply adjustment request amount from the demand / supply adjustment request amount grasping unit 105, it adds the past demand / supply adjustment request amount to the demand / supply adjustment request amount, and the frequency spectrum conversion unit 107 as time-series data. To supply.
  • the period during which the demand / supply adjustment request amount is recorded by the demand / supply adjustment request amount recording unit 106 is equal to or longer than the period of past data added when the supply / demand adjustment request amount is supplied to the frequency spectrum conversion unit 107.
  • the period is sufficiently longer than the cycle of fluctuations in the demand and supply adjustment demand.
  • many of the newly introduced supply and demand adjustment devices 102 adjust supply and demand in response to changes in demand and supply adjustment demands having a cycle shorter than the shortest time (about several tens of minutes) required to start and stop thermal power generation. It will be. Therefore, it is often sufficient to record past data of about several hours.
  • FIG. 2 is a flowchart of the frequency spectrum conversion unit 107.
  • the frequency spectrum conversion unit 107 acquires time-series data (FIG. 3) of the demand / supply adjustment request amount from the past to the present from the supply / demand adjustment request amount recording unit 106 (step 202).
  • the frequency spectrum converter 107 performs a Fourier transform on the acquired time series data to calculate a fluctuation spectrum (step 203). Further, the frequency spectrum conversion unit 107 supplies the calculated fluctuation spectrum to the allocated band calculation unit 108 and the supply and demand adjustment amount calculation unit 109 (step 204).
  • the frequency spectrum conversion unit 107 Fourier-transforms the demand / supply adjustment request amount P REQUEST (t) as shown in the following equation (1).
  • P REQUEST a sine.
  • the notation method of the fluctuation spectrum shown to Formula (1) is an example, and a fluctuation spectrum can also be represented by methods other than Formula (1).
  • the frequency component f k, the intensity An and the phase ⁇ n are discrete values, these may be continuous values. In the above example, for f n indicating the frequency components, and f 1 ⁇ f 2 ⁇ f 3 ⁇ ... ⁇ f N.
  • the supply and demand adjustment device state collection unit 110 collects the state of each supply and demand adjustment device 102 via the supply and demand adjustment device state reception unit 111.
  • SoC State of Charge
  • the state of the supply and demand adjustment apparatus 102 includes temperature, inverter capacity, deterioration degree, and the like.
  • the time required for the SoC value and temperature change is sufficiently long compared to the frequency (seconds) of the supply / demand adjustment request value update, so the collection frequency is several minutes to several tens of minutes There is no problem every time.
  • the supply and demand adjustment request amount recording unit 106 and the frequency spectrum conversion unit 107 may be replaced by filters.
  • the trigonometric function based on Fourier expansion is used as the basis here, the trigonometric function is not necessarily used as the basis.
  • the allocated band calculation unit 108 calculates a frequency band and a ratio (allocated band) allocated to each storage battery in the fluctuation spectrum. This calculation is performed based on the fluctuation spectrum acquired by the frequency spectrum conversion unit 107 and the state information of the supply and demand adjustment device 102 acquired by the supply and demand adjustment device state collection unit 110. The calculated allocated bandwidth is supplied to the supply and demand adjustment amount calculation unit 109.
  • the fluctuation spectrum of the demand and supply adjustment request and the state of the supply and demand adjustment apparatus 102 do not change rapidly. Therefore, the frequency of calculation and supply of the allocated bandwidth may be lower than the frequency (in seconds) at which the value of the demand / supply adjustment request amount is updated. There is no problem in calculating and supplying the allocated bandwidth every few minutes to several tens of minutes. As described above, the change in the state of the supply and demand adjustment apparatus 102 is not rapid.
  • the fluctuation spectrum is also caused by natural phenomena such as the sum of a large number of randomness, such as the total power consumption of consumers, and the amount of power generated by renewable power sources, so the intensity distribution of the fluctuation spectrum can be handled basically statistically. It does not change rapidly.
  • the allocated bandwidth supplied by the allocated bandwidth calculation unit 108 to the supply / demand adjustment amount calculation unit 109 is information used by each supply / demand adjustment amount calculation unit 109 to calculate the supply / demand adjustment amount of the supply / demand adjustment device 102 that it is responsible for. It is.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram. In the example of FIG. 5, the fluctuation spectrum of FIG. 4 is assigned to six supply and demand adjustment apparatuses 102. Although the frequency component f k and the coefficient ⁇ k are discrete values here, they may be continuous values. A method for calculating ⁇ m n in the allocated bandwidth calculation unit 108 will be described later.
  • P m (t) is calculated according to Equation (2).
  • ⁇ m n n is a frequency number in the fluctuation spectrum
  • n 1, 2, 3,.
  • m is the number of the supply and demand adjustment apparatus 102
  • m 1, 2, 3,.
  • the fluctuation spectrum is represented by an intensity An and a phase ⁇ n corresponding to the frequency component f n .
  • the allocated bandwidth calculation unit 108 determines the allocated bandwidth so that ⁇ m n satisfies Equation (3).
  • ⁇ m 1,2,3 M
  • the supply and demand adjustment device 102 transmits the supply and demand adjustment amount transmitted in real time from the supply and demand adjustment amount calculation unit 109 to the supply and demand adjustment unit 114, and the supply and demand adjustment unit 114 adjusts the supply and demand accordingly.
  • the supply and demand adjustment device 102 is an electric power storage device
  • C m (Wh) be the maximum amount of power that can be charged and discharged by the power storage device m.
  • Cm ′ be a half value of the Wh capacity that can be used by the power storage device m for charging / discharging in accordance with the demand / supply adjustment request amount.
  • Cm ′ may be a value half the Wh capacity of the power storage device.
  • Cm ′ is a value that is half of the Wh capacity that can be used for charging / discharging in accordance with the demand / supply adjustment request amount.
  • the reason for the half value is as follows. That is, when both the charging direction and the discharging direction are assumed, the charging power amount or the discharging power amount is maximized when the SoC in the initial state is 50%. In this case, the charge power amount or the discharge power amount is half of the capacity of the power storage device.
  • C m ′ may be dynamically set using information transmitted from the supply and demand adjustment device state collection unit 110.
  • C m (Wh) a capacity available for charging and discharging the power storage device m is tailored to demand adjustment request amount, SoC m (%) percentage of power stored within the C m, also , Min (A, B) is a function that returns the smaller value of A and B.
  • C m ′ can be defined by the following equation (5).
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for calculating the allocated bandwidth ⁇ m n of the power storage device.
  • the allocated bandwidth calculation unit 108 satisfies the following formulas (6) and (7) for each frequency component f n (Hz) of the fluctuation spectrum of the demand and supply adjustment request amount (step 605).
  • W m (W) is the W capacity of the power storage device m.
  • one supply and demand adjustment device 102 may absorb fluctuations in a plurality of frequency components.
  • FIG. 7 is a flowchart of an example of this error processing.
  • an error is avoided by combining a plurality of power storage devices to absorb fluctuations in one frequency band.
  • the example of FIG. 7 is a process when the W capacity is sufficient.
  • the allocated bandwidth calculation unit 108 sets the sum of C ′′ and C m ′ as C ′′ (step 705), and satisfies the formula (6) when C ′ in the formula (6) is replaced with C ′′.
  • the allocated bandwidth calculation unit 108 assigns a value obtained by proportionally distributing 1 to each ⁇ m n according to the size of C m ′ (step 707). .
  • FIG. 8 is a flowchart of another example of error processing.
  • C m ′ is assumed to be sufficiently large.
  • the reason why it is possible to prevent a part or all of the supply and demand adjusting apparatus 102 from reaching the capacity upper limit or the capacity depletion by setting the allocation band ⁇ m n by the above method is as follows.
  • the amount of power stored in the supply and demand adjustment device m is a value obtained by integrating the expression (9) with time.
  • the maximum value and the minimum value of the integrated values are + A n ′ / ( ⁇ ⁇ f n ′ ) and ⁇ A n ′ / ( ⁇ ⁇ f n ′ ) (unit: W seconds). Therefore, as shown in the equation (6), if the amount of power to be stored is smaller than the maximum power amount C m ⁇ 3600 (W seconds) that can be charged / discharged, the power storage device will be in the capacity upper limit or capacity depletion state. There is no.
  • Equation (6) may be multiplied by a constant larger than 1 for safety.
  • the cause of the delay includes communication and calculation, and an operation delay of the supply and demand adjustment unit 114 itself. If the delay between the demand-supply adjustment request and the actual supply-demand adjustment is increased, the target total supply-demand adjustment amount cannot be achieved and the effect of the supply-demand adjustment is reduced. Furthermore, an oscillation phenomenon may occur and adversely affect the system.
  • the adverse effect of the delay is reduced so that the error of the actual total supply and demand adjustment amount with respect to the supply and demand adjustment request amount falls within x%.
  • the allocated bandwidth calculation unit 108 transmits the allocated bandwidth ⁇ m n to the supply and demand adjustment amount calculation unit 109 at a low frequency.
  • ⁇ t m be the total delay amount from when the demand-supply adjustment request amount grasping unit 105 acquires the demand-supply adjustment request amount 117 until the supply-demand adjustment unit 114 of the supply-demand adjustment device 102 operates to adjust supply-demand.
  • ⁇ t m is collected from the supply and demand adjustment device 102 by the supply and demand adjustment device state collection unit 110.
  • ⁇ t m As a method for measuring ⁇ t m , for example, there are the following methods.
  • a power meter is attached to the connection line between the supply and demand adjustment unit 114 and the system so that the supply and demand adjustment request amount grasping unit 105 and the supply and demand adjustment device 102 have a synchronized clock. Then, the supply and demand adjustment request amount grasping unit 105 attaches a time stamp to the supply and demand adjustment request amount, and also transmits a separate time stamp when transmitting information in each process until the supply and demand adjustment unit 114 adjusts the supply and demand.
  • the supply and demand adjustment device 102 measures the time when the measured value at the power meter coincides with the command value to the supply and demand adjustment unit 114, and compares it with the transmitted time stamp to measure the delay time.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for calculating the allocated bandwidth ⁇ m n of the power storage device.
  • the unit of the frequency component f n is Hz.
  • the magnitude relationship of each frequency component is defined as the original of a f 1 ⁇ f 2 ⁇ f 3 ⁇ ... ⁇ f N.
  • one frequency band may be allocated to several storage batteries, and one supply-and-demand adjustment apparatus 102 is several. You may make it absorb the fluctuation
  • the plurality of supply / demand adjustment devices 102 are regarded as a single battery, and ⁇ t m of the battery having the largest delay amount among the supply / demand adjustment devices 102 is set as a new delay amount. Furthermore, the sum of these W capacities may be used as a new W capacity to satisfy Equation (7). In this case, a single frequency band is allocated to the plurality of supply and demand adjustment apparatuses 102.
  • the demand / supply adjustment request amount and the total demand / supply adjustment amount can be matched within the range of the error x for the following reason.
  • the supply and demand adjustment device m performs supply and demand adjustment only for the frequency component f n ′ (Hz) of the fluctuation spectrum of the demand and supply adjustment request amount. That is, the following formula (11) is established.
  • the change rate of P m (t) can be expressed as the following formula (13) by differentiating the formula (12) by t.
  • Equation (13) “Cos” represents a cosine.
  • the deviation from the target caused by the delay can be expressed as dP m (t) / dt ⁇ ⁇ t m, and this can be expressed as a ratio to P m (t).
  • Equation (14) If the right side of Equation (14) is smaller than x / 100 for all n, the demand / supply adjustment request amount and the total supply / demand adjustment amount match within the range of error x. Therefore, when Expression (10) holds for all n, the demand / supply adjustment request amount and the total demand / supply adjustment amount coincide with each other within the range of the error x.
  • the above calculation method 2 is intended to avoid the gap between the demand adjustment amount and the total demand adjustment amount due to the shortage of W capacity and the delay. However, the Wh capacity is ignored, and a sufficient Wh capacity is necessary to avoid the difference between the demand / demand adjustment amount and the total demand / supply adjustment amount.
  • Calculation method 3 includes, for each frequency band, equation (6) that is a condition for satisfying calculation method 1, equation (9) that is a condition for satisfying calculation method 2, and conditional expression ( ⁇ m n is determined so as to satisfy all of 7).
  • equation (6) that is a condition for satisfying calculation method 1
  • equation (9) that is a condition for satisfying calculation method 2
  • conditional expression ( ⁇ m n is determined so as to satisfy all of 7).
  • combinations of two or more supply and demand adjustment devices 102 are also extracted from the supply and demand adjustment devices 1 to M.
  • a combination of two or more supply-demand adjustment devices 102 is regarded as a new single supply-demand adjustment device 102.
  • C m ' combines the sum of supply and demand regulator 102 C m' of formula (6) and, Delta] t m is the largest Delta] t m in the supply and demand adjustment device 102 that combines Delta] t of formula (9) m .
  • the sum of the supply and demand adjusting devices 102 to be combined is defined as the W capacity.
  • the allocated bandwidth calculation unit 108 searches for ⁇ m n that satisfies Expression (6), Expression (7), and Expression (9) using a single or a combination of two or more supply and demand adjustment apparatuses 102.
  • the search method is formulated as a combination optimization problem. Specifically, methods such as genetic algorithm, tabu search, annealing method, and simulated evolution can be used.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the supply and demand adjustment system according to the second embodiment of the present invention.
  • the central control apparatus 101 transmits the supply and demand adjustment amount of each supply and demand adjustment apparatus 102 in real time via the communication unit 118.
  • This method is applicable when the central control apparatus 101 does not fail and the communication reliability is high (the delay is small and there is no interruption). That is, a system in which a central control device 101 with high reliability taking measures such as duplication is used and the central control device 101 and the supply and demand adjustment device 102 are connected by a dedicated line corresponds to this.
  • each supply and demand adjustment device 1002 includes a supply and demand adjustment request amount grasping unit 1055, a supply and demand adjustment request amount recording unit 1056, a frequency spectrum conversion unit 1057, and a supply and demand adjustment amount calculation unit. 1059.
  • One is transmission of the allocated bandwidth from the central control device 1001 to the supply and demand adjustment device 1002.
  • the other is transmission of the supply / demand adjustment device status from the supply / demand adjustment device 1002 to the central control device 1001.
  • the supply and demand adjustment device 1002 adjusts the supply and demand with the supply and demand adjustment unit 1014 only for the portion indicated by the allocated bandwidth in the supply and demand adjustment amount acquired by the supply and demand adjustment request amount grasping unit 1055.
  • ⁇ t m representing the delay time is adjusted by the supply / demand adjustment request amount grasping unit 1055 in the supply / demand adjustment apparatus 1002.
  • This is the time from grasping the amount until the supply and demand adjustment unit 1014 achieves the target supply and demand adjustment amount. That is, it is a time obtained by subtracting the time required for communication from the result in the first embodiment.
  • the frequency of communication between the central control device 1001 and the supply and demand adjustment device 1002 is several minutes to several compared to the frequency at which the supply and demand adjustment device 1002 changes the charge / discharge value. Sufficient and extremely low. Therefore, if the communication delay is smaller than the order of several minutes to several tens of minutes that is the communication frequency, there is no difference between the demand / supply adjustment request amount and the total supply / demand adjustment amount.
  • the supply / demand adjustment request amount and the total supply / demand adjustment can be achieved if the central controller 1001 recovers within a time smaller than an order of several minutes to several tens of minutes. There is no divergence in quantity.
  • the supply and demand adjustment request amount grasping unit 1055 may measure the voltage of the power line 1019 and estimate the supply and demand for the entire region based on the voltage.
  • the demand and supply adjustment request amount grasping unit 1055 measures the amount of solar radiation in the region using a pyranometer, and can reproduce the entire region based on the value. You may estimate the electric power generation amount by a power supply.
  • simultaneous communication may be performed by a highly reliable communication method from the central control device 1001 or a higher-order system (for example, a power supply command station of an electric power company) that transmits a demand / supply adjustment request amount to the central control device 1001. Good.
  • a highly reliable communication method from the central control device 1001 or a higher-order system (for example, a power supply command station of an electric power company) that transmits a demand / supply adjustment request amount to the central control device 1001. Good.
  • inexpensive means can be used.
  • radio communication such as radio can be used as an inexpensive and highly reliable communication method.
  • the method of calculating the allocated bandwidth ⁇ m n is not limited to the one shown here.
  • the supply / demand adjustment device 102 or the supply / demand adjustment device 1002 is a storage battery
  • the supply / demand adjustment causes deterioration such as a reduction in capacity and an increase in internal resistance.
  • the degree of deterioration varies greatly depending on the temperature and the SoC value. Therefore, as a state of the supply and demand adjustment device, a calculation method that collects parameters related to deterioration and realizes the supply and demand adjustment request amount while minimizing the deterioration may be employed.
  • the present invention described using the first and second embodiments described above as an example is the function of the flowchart (FIGS. 2, 6, 7, 8, and 9) referred to in the description of the embodiments, or at least the drawings. 1.
  • This is achieved by supplying a program capable of realizing the central control apparatus 101 in the block diagram shown in FIG. 10 to the information processing apparatus 2000 shown in FIG.
  • the program supplied to the information processing apparatus 2000 may be stored in a readable / writable temporary storage memory 2200 or a non-volatile storage device 2300 such as a hard disk drive.
  • a supply and demand adjustment system including a central control device and one or more supply and demand adjustment devices, The central controller is A supply and demand adjustment device state collection unit that collects information on the state of each supply and demand adjustment device; Based on the state of the supply and demand adjustment device, an allocation bandwidth calculator that calculates the frequency band and intensity of fluctuations in supply and demand adjustment to be allocated to the supply and demand adjustment device; A supply and demand adjustment system comprising: a supply and demand adjustment amount calculation unit that calculates a supply and demand adjustment amount of each supply and demand adjustment device based on a frequency band and intensity of fluctuations in supply and demand adjustment assigned to the supply and demand adjustment device.
  • Appendix 2 Information on the state of the supply and demand adjustment device
  • a supply and demand adjustment system including a central control device and one or more supply and demand adjustment devices,
  • the central controller is A supply and demand adjustment device state collection unit that collects information on the state of each supply and demand adjustment device; Based on the state of the supply and demand adjustment device, an allocation bandwidth calculator that calculates the frequency band and intensity of fluctuations in supply and demand adjustment to be allocated to the supply and demand adjustment device;
  • An allocation band transmitting unit that transmits the frequency band and intensity of fluctuation of supply and demand adjustment to be allocated to the supply and demand adjustment device to each supply and demand adjustment device,
  • Each supply and demand adjusting device is Based on the frequency band and intensity of fluctuation of supply and demand adjustment to be allocated to the supply and demand adjustment device, comprising a supply and demand adjustment amount calculation unit that calculates its own supply and demand adjustment amount,
  • the central control device transmits the frequency band and intensity of fluctuations in supply-demand adjustment allocated to the supply-demand adjustment device at a lower frequency than performing supply-demand adjustment based on the supply-demand adjustment amount calculated by the supply-demand adjustment device. system.
  • a supply and demand adjustment method in which the central control device performs supply and demand adjustment of one or more supply and demand adjustment devices, The central control unit collects information on the status of each supply and demand adjustment unit; Based on the state of the supply and demand adjustment device, the central control device calculates and assigns a frequency band and intensity of supply and demand adjustment fluctuation to be assigned to the supply and demand adjustment device, A supply and demand adjustment method in which the central control device calculates a supply and demand adjustment amount of each supply and demand adjustment device based on a frequency band and intensity of fluctuations in supply and demand adjustment assigned to the supply and demand adjustment device.

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Abstract

　複数の需給調整装置を用いて需給調整を行う際、各々の需給調整装置の特性を最大限利用して、総需給調整量を要求される調整量と精度良く合わせる。　中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、中央制御装置は、各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集部と、需給調整装置の状態に基づいて、需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算部と、需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算部と、を備える。

Description

需給調整システム、需給調整方法ならびに需給調整プログラム
本発明は、中央制御装置が１つ以上の需給調整装置の需給調整を行う、需給調整システムおよび需給調整方法に関する。
発電量の予測が不可能な再生可能電源の普及に伴い、需給調整力の精度の向上が望まれている。需給調整力とは、需給のアンバランスを打ち消すように指令を受けて電力需要もしくは電力供給量を変化させる能力である。具体的には、電力貯蔵装置の充放電量や可制御負荷の負荷変化量が該当する。
　例えば、再生可能電源の発電量の変動が上位系統へ悪影響を与えるのを防ぐために、あるエリアが上位系統へ連係する接続ポイント（配電事業者の管轄する変電所やマイクログリッドなど）での潮流の変動を安定化する方法が知られている。具体的に、この方法は、発電量の変動を打ち消すように、エリア内に設置された需給調整装置を用いて需給調整量を変化させる。
　ここで、需給調整装置とは、例えば、リチウムイオン電池や鉛蓄電池、ＮＡＳ電池（登録商標）等の電力貯蔵装置や可制御負荷、小型の発電機などの電力需要、電力供給量を変化させる機器である。
　需給調整量とは、需給調整装置が指令を受けて消費または供給する電力量である。
　特許文献１には、発電機の制御特性と制御状態に基づいて、各発電機に優先順位を設定し、その優先順位の高い順に電力の制御必要量を割り当てることが記載されている。具体的には、特許文献１では、遅延の小さい需給調整装置から順に需給調整量を割り振る事で、高精度な応答を実現している。
　特許文献２には、マイクログリッドの需給制御技術に関し、内燃力発電設備と電力貯蔵装置との各々の特性を反映して需給調整を行うことが記載されている。
特開２００１－０８６６４９号公報 特開２０１１－１１４９００号公報
　しかし、特許文献１の方法では、各々の需給調整装置の容量には上限がある一方で、遅延の小さい需給調整装置に割り当てられる需給調整量が多くなる。そのため、遅延の小さい需給調整装置が容量上限で稼働してしまうと、必然的に遅延の大きい設備へ需給調整量が割り当てられるため、精度の低下が生じる。また、遅延の大きい需給調整装置が利用されず、無駄が生じるという問題もある。
　また、特許文献２では、各需給調整装置の起動停止の最適化が中心であり、各需給調整装置の遅延に基づく割り当てを適切には行っていないため、需給調整要求量に対しての精度は保証されない。
　このように、特許文献１，２の技術では、複数の需給調整装置を用いて需給調整を行う際、各々の需給調整装置の特性を最大限利用して、総需給調整量を、需給調整要求量と精度良く合わせる事が出来ない。
　そこで、本発明の一つの主たる目的は、複数の需給調整装置を用いて需給調整を行う際、各々の需給調整装置の特性を最大限利用して、総需給調整量を要求される調整量と精度良く合わせることである。
　本発明に係る需給調整システムは、中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、前記中央制御装置は、各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集部と、前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算部と、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算部と、を備えている。
　本発明によれば、複数の需給調整装置を用いて需給調整を行う際、各々の需給調整装置の特性を最大限利用して、総需給調整量を要求される調整量と精度良く合わせることができる。
本発明の第１の実施形態による、需給調整システムの構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態による、周波数スペクトル変換部の動作のフローチャート。 本発明の第１の実施形態による、過去から現在までの需給調整要求量の時系列データの例を示す図。 本発明の第１の実施形態による、過去から現在までの需給調整要求量の時系列データを、ｔ＝０においてフーリエ変換した結果を示す図。 本発明の第１の実施形態による、割り当て帯域の例を示す図。 本発明の第１の実施形態による、需給調整装置の割り当て帯域αm nの計算方法のフローチャート。 本発明の第１の実施形態による、図６のエラー処理の例のフローチャート。 本発明の第１の実施形態による、図６のエラー処理の例のフローチャート。 本発明の第１の実施形態による、需給調整装置の割り当て帯域αm nの計算方法の他の例のフローチャート。 本発明の第２の実施形態による、需給調整システムの構成を示すブロック図。 本発明をコンピュータプログラムで実行することが可能な情報処理装置の構成を例示するブロック図である。
［第１の実施形態］
　次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１の実施形態による需給調整システムの構成を示すブロック図である。需給調整システムは、中央制御装置１０１が、自身の管理する各需給調整装置１０２に対して、需給調整量を与えるシステムである。需給調整の義務を負う電力事業者（例えば系統運用者１１６）は、中央制御装置１０１に、需給調整により実現したい需給調整要求量１１７を与える。中央制御装置１０１は、全ての需給調整装置１０２の需給調整量の総和（総需給調整量）が、需給調整要求量１１７に一致するように、各需給調整装置１０２に対して需給調整量を与える。
　中央制御装置１０１を構成する各部は、論理素子を組み合わせたハードウェアによって実施されてもよいし、後述する図１１に示す情報処理装置２０００の記憶装置２３００に格納されたプログラムをＣＰＵ２１００（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）が実行することで実現されてもよい。
　まず、需給調整要求量１１７は、中央制御装置１０１内の需給調整要求量把握部１０５に入力される。需給調整要求量１１７は、例えば以下の要求量である。
・系統周波数変動を抑制するための負荷周波数制御
（ＬＦＣ：Ｌｏａｄ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）のための需給調整要求量
・ガバナフリーの代替としての需給調整要求量
・ピークカットのための需給調整要求量
・上記の複数の需給調整要求量を足し合わせた需給調整要求量。
　また、需給調整要求量把握部１０５が測定装置を備え、測定装置で系統状態を測定し、自ら需給調整要求量を算出するようにしてもよい。例えば、需給調整要求量把握部１０５は、ＬＦＣの一部を需給調整装置１０２が担うために、系統周波数の安定化のために必要な需給調整要求量を算出するようにしてもよい。この算出は、系統周波数の基準周波数（例えば５０Ｈz）からの偏差と、上位系統から収集した発電機の状態とを基に行われる。
　また、需給調整要求量把握部１０５は、配電用変電所と上位系統との間での潮流の変動を抑制するために、潮流の変動を抑制したい箇所での潮流を測定し、目的とする潮流との差分を需給調整要求として算出するようにしてもよい。
　需給調整要求量把握部１０５が需給調整要求量を取得もしくは算出する間隔は、用途にもよるが、速いものでは１秒以下の間隔である。
　需給調整要求量把握部１０５は、取得もしくは算出した需給調整要求量を、需給調整要求量記録部１０６に記録する。需給調整要求量記録部１０６では、過去一定期間の需給調整要求量を記録している。需給調整要求量記録部１０６は、需給調整要求量把握部１０５より需給調整要求量を受信すると、その需給調整要求量に過去の需給調整要求量を付け加えて、時系列データとして周波数スペクトル変換部１０７に供給する。
　需給調整要求量記録部１０６で需給調整要求量を記録する期間は、周波数スペクトル変換部１０７に需給調整要求量を供給する際に付け加える過去データの期間と同一もしくはそれ以上である。その期間は、需給調整要求量の変動の周期より十分に長い。一般に、従来の電力系統においても、長周期の需給調整要求量の変動は、火力発電機等の大型発電機の炊き増し、炊き減らしや立ち上げ、立ち下げで対応する。そのため、新たに導入される需給調整装置１０２の多くは火力発電の立ち上げ、立ち下げにかかる最短時間（数十分程度）よりも短い周期の需給調整要求量の変化に応じて需給調整を行うことになる。そのため、数時間程度の過去データを記録すればよい場合が多い。
　次に、周波数スペクトル変換部１０７の動作について説明する。図２は、周波数スペクトル変換部１０７のフローチャートである。
　周波数スペクトル変換部１０７は、需給調整要求量記録部１０６より、過去から現在までの需給調整要求量の時系列データ（図３）を取得する（ステップ２０２）。周波数スペクトル変換部１０７は、取得した時系列データをフーリエ変換して、変動スペクトルを算出する（ステップ２０３）。さらに、周波数スペクトル変換部１０７は、割り当て帯域計算部１０８及び需給調整量計算部１０９に算出した変動スペクトルを供給する（ステップ２０４）。
　例えば、時刻をｔ（ｔ＝０が現在）、周波数成分をｆn（単位Ｈｚ）、各々の周波数成分に対応する強度をＡn（単位Ｗ）、位相をθn（単位：度）（ｎ＝１，２，３…Ｎ）とする。この場合、周波数スペクトル変換部１０７は、需給調整要求量ＰREQUEST（ｔ）を以下の式（１）のようにフーリエ変換する。（１）において「Ｓｉｎ」は正弦を表す。
ＰREQUEST（ｔ）＝Σn=1,2,3…NＡn×Ｓｉｎ（２πｆn×ｔ＋θn）　…（１）
　図４は、図３に示した過去から現在までの需給調整要求量の時系列データを、ｔ＝０においてフーリエ変換した結果を示す。この場合、伝達される情報は、ｆnとそれに対応するＡn及びθnのｔ＝０の時の値となる。なお、式（１）に示した変動スペクトルの表記方法は一例であり、式（１）以外の方法で変動スペクトルを表すこともできる。また、ここでは、周波数成分ｆk及び強度Ａn、位相θnは離散値としているが、これらは連続値でも構わない。なお、上記の例では、周波数成分を示すｆnについて、ｆ1＜ｆ2＜ｆ3＜…＜ｆNとする。
　需給調整装置状態収集部１１０は、需給調整装置状態受信部１１１を介して、各需給調整装置１０２の状態を収集する。収集する需給調整装置１０２の状態の例として、需給調整装置１０２が電力貯蔵装置の場合、ＳｏＣ（Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）が挙げられる。他にも、需給調整装置１０２の状態として、温度やインバータの容量、劣化度などが挙げられる。電力貯蔵装置において、ＳｏＣ値や温度の変化にかかる時間は、需給調整要求量の値が更新される頻度（秒単位）と比較して十分に長いため、収集の頻度は数分～数十分毎で問題ない。
　なお、ここでは示していないが、需給調整要求量記録部１０６および周波数スペクトル変換部１０７はフィルタで代用してもよい。また、ここではフーリエ展開による三角関数を基底としているが、必ずしも三角関数を基底とする必要はない。
　次に、割り当て帯域計算部１０８は、変動スペクトルのうち、各蓄電池に割り当てる周波数帯域と割合（割り当て帯域）を算出する。この算出は、周波数スペクトル変換部１０７によって取得した変動スペクトルと、需給調整装置状態収集部１１０によって取得した需給調整装置１０２の状態の情報に基づいて、行われる。算出した割り当て帯域は、需給調整量計算部１０９に供給する。
　一般に、需給調整要求の変動スペクトル及び需給調整装置１０２の状態は急速に変化するものではない。したがって、需給調整要求量の値が更新される頻度（秒単位）と比較して、割り当て帯域の計算及び供給の頻度は低くてよい。割り当て帯域の計算及び供給の頻度は、数分～数十分毎の計算・供給で問題ない。上述のように、需給調整装置１０２の状態の変化は急速ではない。変動スペクトルについても、需要家の消費電力の総和のような多数のランダムネスの総和や、再生可能電源の発電量など自然現象に起因するので、変動スペクトルの強度分布は基本的に統計的に扱え、急速に変化するものではない。
　割り当て帯域計算部１０８が、需給調整量計算部１０９に供給する割り当て帯域とは、各需給調整量計算部１０９が、自身の担当する需給調整装置１０２の需給調整量を算出するのに使用する情報である。
　例えば、需給調整量計算部ｍに伝達される割り当て帯域は、各々の周波数成分に対応する係数αm n（ｎ＝１，２，３…Ｎ、それぞれ周波数成分ｆnに対応する）となる。図５に概略図を示す。図５の例では、図４の変動スペクトルを６つの需給調整装置１０２に割り当てている。なお、ここでは、周波数成分ｆk及び係数αkは離散値としているが、これは連続値でもよい。また、割り当て帯域計算部１０８におけるαm nの算出方法については後述する。
　需給調整量計算部１０９は、低い頻度で伝達される割り当て帯域αm nと、周波数スペクトル変換部１０７よりリアルタイムで伝達される、過去から現在（ｔ＝０とする）までの変動スペクトルより、以下の式（２）に従って、Ｐm（ｔ）を計算する。
ここで、αm n　において、ｎは変動スペクトル内の周波数の番号、ｎ＝１，２，３…、である。ｍは需給調整装置１０２の番号、ｍ＝１，２，３…、Ｍである。また、変動スペクトルは周波数成分ｆnに対応する強度Ａnと位相θnとで表される。
Ｐm（ｔ）＝Σn=1,2,3…Nαm n×Ａn×Ｓｉｎ（２πｆn×ｔ＋θn）　…（２）
　さらに、需給調整量計算部１０９は、式（２）にｔ＝０を代入し、需給調整装置ｍの需給調整量としてＰm（ｔ＝０）を算出する。
　なお、割り当て帯域計算部１０８はαm nが、式（３）を満たすように、割り当て帯域を決める。
Σm=1,2,3…Mαm n＝１　（ｆｏｒ　ｎ＝１，２，３，…，N）　…（３）
　これにより、需給調整装置１～Ｍの需給調整量Ｐm（ｔ＝０）の総和であるΣm=1,2,3…MＰm（ｔ＝０）は、式（２）、（３）を代入することで、式（４）のとおりとなる。
Σm=1,2,3…MＰm（ｔ＝０）
＝Σm=1,2,3…MΣn=1,2,3…Nαm n×Ａn×Ｓｉｎ（２πｆn×０＋θn）
＝Σn=1,2,3・・・NΣm=1,2,3…Mαm n×Ａn×Ｓｉｎ（２πｆn×０＋θn）
＝Σn=1,2,3…NＡn×Ｓｉｎ（２πｆn×０＋θn）　…（４）
　以上のように、需給調整量Ｐm（ｔ＝０）の総和Σm=1,2,3…MＰm（ｔ＝０）は、式（１）のＰREQUEST（ｔ）（ｔ＝０）の右辺と一致する。すなわち、全需給調整装置１０２への需給調整量の和が、需給調整要求量と一致する。
　需給調整装置１０２は、需給調整量計算部１０９よりリアルタイムで伝達される、需給調整量を需給調整部１１４に伝達し、需給調整部１１４はそれに従って需給調整を行う。
（割り当て帯域αm nの計算方法１）
　次に、割り当て帯域計算部１０８における、割り当て帯域αm nの計算方法について、例を挙げて説明する。割り当て帯域の計算方法の例として、各需給調整装置１０２のＷｈ容量およびＷ容量に基づいて割り当て帯域を計算する方法がある。この方法によれば、一部もしくは全部の需給調整装置１０２が、Ｗ容量上限に達したり、Ｗｈ容量上限に達したり、もしくはＷｈ容量が枯渇したりすることにより、総需給調整量が需給調整要求量と乖離することを防ぐことができる。
　ここでは、需給調整装置１０２が電力貯蔵装置である場合を例に説明する。
　電力貯蔵装置ｍの充放電可能な最大電力量をＣm（Ｗｈ）とする。電力貯蔵装置ｍが需給調整要求量に合わせた充放電を行うために使用可能なＷｈ容量の半分の値をＣｍ’とする。電力貯蔵装置を需給調整要求量に合わせた充放電を行うためだけに使用する場合は、Ｃｍ’は、電力貯蔵装置のＷｈ容量の半分の値としてもよい。
　電力貯蔵装置が他の用途にも使用される場合は、Ｃｍ’は、需給調整要求量に合わせた充放電を行うために使用可能なＷｈ容量の半分の値である。半分の値にする理由は、以下の通りである。即ち充電方向と放電方向の双方を想定したとき、充電電力量または放電電力量が最大となるのは、初期状態のＳｏＣを５０％とした場合である。そして、その場合、充電電力量または放電電力量は、電力貯蔵装置の容量の半分になるからである。
　また、需給調整装置状態収集部１１０から送信される情報を利用して、動的にＣm'を設定するようにしてもよい。例えば、電力貯蔵装置ｍが需給調整要求量に合わせた充放電を行うために使用可能な容量をＣm（Ｗｈ）、Ｃmのうち貯蔵されている電力の割合をＳｏＣm（％）、また、ｍｉｎ（Ａ，Ｂ）をＡとＢのうち小さいほうの値を返す関数とする。この場合、Ｃm'は以下の式（５）で定義することができる。
Ｃm'＝ｍｉｎ（Ｃm×ＳｏＣm／１００、Ｃm×（１－ＳｏＣm／１００））　…（５）
　図６は、電力貯蔵装置の割り当て帯域αm nを計算する方法のフローチャートである。図６に示す方法では、割り当て帯域計算部１０８は、需給調整要求量の変動スペクトルの各々の周波数成分ｆn（Ｈｚ）に対し、下記の式（６）及び式（７）を満たし（ステップ６０５）、かつαm n'＝０（ｎ'＝１～Ｎ）の電力貯蔵装置について（ステップ６０６）、αm n＝１とする（ステップ６０７）。Ｗm（Ｗ）は、電力貯蔵装置ｍのＷ容量である。
（１／（π×ｆm×３６００））×Ａm≦Ｃm'  …（６）
Ｗm≦Ａm　…（７）
　式（６）では、需給調整要求量の変動スペクトルの各周波数成分ｆk（Ｈｚ）について、周波数成分での強度をＡk（Ｗ）としている。
　なお、ここでは一つの周波数帯域に対して一つの需給調整装置１０２を割り振る例を示しているが、一つの周波数帯域を複数の蓄電池に割り振ってよい。また、一つの需給調整装置１０２が複数の周波数成分の変動を吸収するようにしてもよい。
　一つの周波数帯域を複数の蓄電池に割り振る例を以下に示す。
　式（６）及び式（７）を満たし、かつｎ'＝１～Ｎについてαm n'＝０の電力貯蔵装置が存在しない場合、図６の例では対処不能のためエラー処理となる。図７は、このエラー処理の例のフローチャートであり、この例では、複数の電力貯蔵装置を組み合わせて一つの周波数帯域の変動を吸収することで、エラーを回避する。
　図７の例は、Ｗ容量は十分にある場合の処理である。割り当て帯域計算部１０８は、まず、ｎ'＝１～Ｎに対してαm n'＝０の電力貯蔵装置の中から、複数の電力貯蔵装置を抽出する（ステップ７０４）。次に、割り当て帯域計算部１０８は、Ｃ"とＣm'を足し合わせたものをＣ"とし（ステップ７０５）、式（６）のＣ'をＣ"に置き換えた時に式（６）を満たすよう電力貯蔵装置の組み合わせを作成する（ステップ７０６）。さらに、割り当て帯域計算部１０８は、各々のαm nに、１をＣm'の大きさによって比例分配した値を代入する（ステップ７０７）。
　図８は、エラー処理の他の例のフローチャートである。ここでは、Ｃm'は十分に大きいものとする。割り当て帯域計算部１０８は、ｎ'＝１～Ｎに対してαm n'＝０の電力貯蔵装置の中から複数の電力貯蔵装置を抽出し（ステップ８０４）、ＷにＷmを足し合わせたものをＷとし（ステップ８０５）、式（７）のＷmをＷに置き換えた時に式（７）を満たすよう電力貯蔵装置の組み合わせを作成する（ステップ８０６）。さらに、割り当て帯域計算部１０８は、各々のαm nに、１をＷmの大きさによって比例分配した値を代入する（ステップ８０７）。
　上記の割り当て帯域αm nの計算方法によって効果が得られる理由について説明する。
　具体的には、上記の方法で割り当て帯域αm nを設定することにより、一部もしくは全部の需給調整装置１０２が容量上限または容量枯渇に達するのを防止できる理由は、以下のとおりである。
　ここでは、需給調整装置ｍが、需給調整要求量の変動スペクトルの周波数成分ｆn'（Ｈｚ）についてのみ、需給調整を行うとする。すなわち、式（８）の関係が成り立つ。
αm n＝ １　ｆｏｒ　ｎ＝ｎ’
　　　　 ０　ｆｏｒ　ｎ≠ｎ’　…（８）
　スペクトルの大きさＡnは、数分～数十分程度のオーダーにおいて一定であり、また、仮に位相変化がない、すなわちθn＝一定とした場合、需給調整装置ｍの需給調整量Ｐmの時間変化は、式（９）で表される。
Ｐm（ｔ）＝αm n'×Ａn'×Ｓｉｎ（２πｆn'×ｔ＋θn'）　…（９）
　需給調整装置ｍの貯蔵する電力量は、式（９）を時間で積分した値となる。式（９）を任意の時間で積分すると、積分値の最大値と最小値は、それぞれ＋Ａn'／（π×ｆn'）、－Ａn'／（π×ｆn'）（単位：Ｗ秒）となる。したがって、式（６）に示したとおり、貯蔵する電力量が充放電可能な最大電力量Ｃm×３６００（Ｗ秒）よりも小さければ、電力貯蔵装置が容量上限もしくは容量枯渇の状態になることはない。
　ただし、実際には位相変化は生じており、θn'は一定ではない。また、位相変化はランダムに生じるという特徴がある。これは、需給調整要求量は需要家の需要変化や再生可能電源の発電変動に起因した要求量であることに起因する。そのため、一定時間内では、全ての位相が均等に表れていると考えられる。すなわち、通常は位相変化の項は均されるので無視することができる。ただし、短い期間では必ずしも全ての位相が均等に表れるとは限らないので、安全のために式（６）の左辺に１よりも大きい定数を掛けるようにしてもよい。
（割り当て帯域αm nの計算方法２）
　次に、割り当て帯域計算部１０８における、割り当て帯域αm nの他の計算方法の例を示す。割り当て帯域の計算方法の例として、各需給調整装置１０２の遅延およびＷ容量に基づいて割り当て帯域を計算する方法がある。この方法によれば、総需給調整量が需給調整要求量と乖離するのを防ぐことができる。
　需給調整要求量把握部１０５が需給調整要求量１１７を取得してから、需給調整装置１０２の需給調整部１１４が動作して需給を調整するまでの間には、遅延が発生する。遅延の要因として、通信や計算、需給調整部１１４自身の動作遅延などがある。需給調整要求から実際に需給調整が行われるまでの間の遅延が大きくなると、目的の総需給調整量を達成できずに需給調整の効果が減少する。さらに、発振現象が生じて逆に系統に悪影響を及ぼす場合もある。
　ここでは、遅延の悪影響を低減し、需給調整要求量に対する実際の総需給調整量の誤差がｘ％以内に収まるようにする。
　この例では、割り当て帯域計算部１０８は、需給調整量計算部１０９に割り当て帯域αm nを低頻度で伝達する。この伝達は、周波数スペクトル変換部１０７からリアルタイムで与えられる変動スペクトルと、需給調整装置状態収集部１１０から低い頻度で与えられる需給調整装置ｍ（ｍ＝１～Ｍ）の遅延量Δｔmと、に基づく。ここで、変動スペクトルは、過去から現在までのｎ＝１～Ｎの周波数成分ｆnに対応する、強度Ａnと位相θnである。
　需給調整要求量把握部１０５が需給調整要求量１１７を取得してから、需給調整装置１０２の需給調整部１１４が動作して需給を調整するまでの遅延量の総和をΔｔmとする。
Δｔmは、需給調整装置状態収集部１１０が需給調整装置１０２から収集する。
　Δｔmの測定方法としては、例えば以下の方法がある。
　需給調整部１１４と系統との連系線に電力計を取り付け、需給調整要求量把握部１０５と需給調整装置１０２が同期した時計を備えるようにする。そして、需給調整要求量把握部１０５は、需給調整要求量にタイムスタンプを付け、需給調整部１１４が需給を調整するまでの各処理において情報を伝達する際にも別途タイムスタンプも伝達する。需給調整装置１０２では、電力計での測定値が需給調整部１１４への指令値と一致した時刻を測定し、伝達されたタイムスタンプと比較して、遅延時間を測定する。
　図９は、電力貯蔵装置の割り当て帯域αm nを計算する方法のフローチャートである。割り当て帯域計算部１０８は、需給調整要求量の変動スペクトルの各々の周波数成分ｆnに対し、ｎが大きいものから順に、下記の式（１０）及び式（７）を満たし、かつｎ'＝１～Ｎに対してαm n'＝０を満たす電力貯蔵装置の中から、Δｔmが最大となる電力貯蔵装置ｍを選び、αm n＝１とする。周波数成分ｆnの単位はＨｚである。また、各周波数成分の大小関係はｆ1＜ｆ2＜ｆ3＜…＜ｆNであるもとのとする。
２πｆnΔｔm≦ｘ／１００　…（１０）
　なお、ここでは、一つの周波数帯域に対して一つの需給調整装置１０２を割り振る例を示しているが、一つの周波数帯域を複数の蓄電池に割り振ってよいし、一つの需給調整装置１０２が複数の周波数成分の変動を吸収するようにしてもよい。
　一つの周波数帯域を複数の需給調整装置１０２に割り振る場合について説明する。式（７）及び式（１０）を満たし、なおかつｎ'＝１～Ｎに対してαm n'＝０となる電力貯蔵装置が存在しない場合、図９の例では対処不能のためエラー処理となる。
　ここで、複数の電力貯蔵装置を組み合わせて一つの周波数帯域の変動を吸収することで、エラーを回避することができる。具体的には、複数の需給調整装置１０２を単一の電池とみなし、それらの需給調整装置１０２の中で遅延量が最大の電池のΔｔmを新たな遅延量とする。さらに、それらのＷ容量を足し合わせたものを新たなＷ容量として、式（７）を満たすようにしてもよい。この場合は、複数の需給調整装置１０２に対して、単一の周波数帯域を割り振っている。
　また、エラー処理の他の例として、需給調整要求量と総需給調整量を誤差ｘの範囲で一致させることはできないと判断し、誤差を可能な限り減らすため、ｘの値を僅かに大きくして、再度図９の処理を実施するようにしてもよい。
　上記の割り当て帯域αm nの計算方法によって効果が得られる理由について説明する。
　上記の方法で割り当て帯域αm nを設定することにより、需給調整要求量と総需給調整量を誤差ｘの範囲で一致させられるのは、以下の理由による。
　ここでは、需給調整装置ｍが、需給調整要求量の変動スペクトルの周波数成分ｆn'（Ｈｚ）についてのみ、需給調整を行うとする。すなわち、以下の式（１１）が成り立つ。
αm n＝ １　ｆｏｒ　ｎ＝ｎ’
　　　　 ０　ｆｏｒ　ｎ≠ｎ’   …（１１）
　スペクトルの大きさＡnは、数分～数十分程度のオーダーで一定である。また、仮に位相変化がない状態、つまりθn＝一定とした場合、需給調整装置ｍの需給調整量Ｐmの時間変化は、式（１２）で表される。
Ｐm（ｔ）＝αm n'×Ａn'×Ｓｉｎ（２πｆn'×ｔ＋θn'）　…（１２）
　ここで、Ｐm（ｔ）の変化速度は、式（１２）をｔで微分する事で以下の式（１３）のように表すことができる。式（１３）において、「Ｃｏｓ」は余弦を表す。
ｄＰm（ｔ）/ｄｔ＝２πｆn'×αm n'×Ａn'×Ｃｏｓ（２πｆn'×ｔ＋θn'）
　　　　　　　　　＝２πｆn'×Ｐm（ｔ）　…（１３）
　Δｔmの値が十分に小さい場合、遅延によって生じる目標からの乖離は、ｄＰm（ｔ）/ｄｔ×Δｔmと表すことができ、これをＰm（ｔ）との比率で表すと、式（１４）のとおりとなる。
（ｄＰm（ｔ）/ｄｔ）×Δｔm／Ｐm（ｔ）＝２πｆnΔｔm　…（１４）
　式（１４）の右辺が全てのｎにおいてｘ／１００より小さければ、需給調整要求量と総需給調整量は誤差ｘの範囲で一致する。したがって、式（１０）が全てのｎにおいて成立することにより、需給調整要求量と総需給調整量が誤差ｘの範囲で一致する。
（割り当て帯域αm nの計算方法３）
　割り当て帯域計算部１０８における、割り当て帯域αm nの他の計算方法の例を示す。上述の計算方法１は、Ｗｈ容量及びＷ容量が不足することを回避することを目的としている。しかし、計算方法１は、遅延に起因する需給調整要求量と総需給調整量の乖離は無視しているため、乖離を低減するには低遅延で制御を行う必要がある。
　上述の計算方法２は、Ｗ容量の不足、及び遅延に起因する需給調整要求量と総需給調整量の乖離を回避することを目的としている。しかし、Ｗｈ容量については無視しており、需給調整要求量と総需給調整量の乖離を回避するためには十分なＷｈ容量が必要となる。
　現実には、低遅延で、かつ十分なＷ容量およびＷｈ容量があるとは限らない。したがって、遅延があり、十分なＷ容量およびＷｈ容量が無い場合に有効な割り当て帯域αm nの計算方法の例を示す。
　計算方法３は、各周波数帯域に対して、計算方法１を満たすための条件である式（６）と、計算方法２を満たすための条件である式（９）、及びＷ容量の条件式（７）の全てを満たすようにαm nを決定する。その際、需給調整装置１～Ｍの中から、単一の需給調整装置１０２に加え、２つ以上の需給調整装置１０２の組み合わせも抽出する。２つ以上の需給調整装置１０２の組み合わせは、新たな単一の需給調整装置１０２とみなされる。
　その際、式（６）のＣm'は、組み合わせる需給調整装置１０２についての総和をＣm'とし、式（９）のΔｔmは、組み合わせる需給調整装置１０２の中で最大のΔｔmをΔｔmとする。また、Ｗ容量については、組み合わせる需給調整装置１０２の総和をＷ容量とする。
　割り当て帯域計算部１０８は、単独または２つ以上の需給調整装置１０２の組み合わせを用いて、式（６）、式（７）、式（９）を満たすαm nを探索する。この際、探索方法が組み合わせ最適化問題として定式化される。具体的には、遺伝的アルゴリズムやタブーサーチ、焼きなまし法やシミュレーティド・エボリューション等の手法を用いることができる。
［第２の実施形態］
　図１０は、本発明の第２の実施形態による需給調整システムの構成を示すブロック図である。第１の実施形態では、中央制御装置１０１は、各需給調整装置１０２の需給調整量を、通信手段１１８を介してリアルタイムで送信する。この方法が適用可能なのは、中央制御装置１０１が故障せず、通信の信頼性が高い（遅延が小さく、途絶がない）場合である。すなわち、二重化などの対策をとった信頼性の高い中央制御装置１０１を使用し、中央制御装置１０１と需給調整装置１０２を専用線で接続したシステムなどがこれに該当する。
　しかし、需給調整装置１０２の数が膨大になると、すべての需給調整装置１０２と中央制御装置１０１を専用線で接続することは困難であるため、インターネット等の公共回線を使用する場合も考えられる。その場合、通信の遅延が大きくなり、「割り当て帯域αm nの計算方法２」の方法を採用しても、目的とする需給調整要求量を実現できなくなる場合がある。また、中央制御装置１０１の故障や通信障害が生じると、需給調整装置１０２は一切稼働しなくなるため、需給調整の容量が無駄になる。
　図１０に示すように、第２の実施形態では、各々の需給調整装置１００２が、需給調整要求量把握部１０５５、需給調整要求量記録部１０５６、周波数スペクトル変換部１０５７、および需給調整量計算部１０５９を有している。
　これにより、中央制御装置１００１と需給調整装置１００２との間での通信手段１０１８を用いた情報の伝達は、以下の２つのみになる。
　一つは、中央制御装置１００１から需給調整装置１００２への割り当て帯域の送信である。もう一つは、需給調整装置１００２から中央制御装置１００１への需給調整装置状態の送信である。需給調整装置１００２は、需給調整要求量把握部１０５５で取得した需給調整量のうち、割り当て帯域で示された部分についてのみ、需給調整部１０１４にて需給調整を行う。
　なお、割り当て帯域計算部１００８にて、割り当て帯域αm nの計算方法２または３を採用する場合、遅延時間を表すΔｔmは、需給調整装置１００２内の需給調整要求量把握部１０５５が需給調整量を把握してから、需給調整部１０１４が目標の需給調整量を達成するまでの時間である。すなわち、第１の実施形態における結果から、通信にかかる時間を差し引いた時間となる。
　本実施形態によれば、中央制御装置１００１の故障や通信手段１０１８の遅延に対する耐性を上げることが可能な理由について説明する。
　第１の実施形態と同様に、中央制御装置１００１と需給調整装置１００２の間での、通信の頻度は、需給調整装置１００２が充放電の値を変更する頻度と比較して、数分～数十分と、極めて低い。したがって、通信の遅延が通信頻度である数分～数十分のオーダーよりも小さいなら、需給調整要求量と総需給調整量の乖離は生じない。
　また、中央制御装置１００１が故障等により停止したり、通信障害が発生したりしたとしても、数分～数十分のオーダーよりも小さい時間内に復旧すれば、需給調整要求量と総需給調整量の乖離は生じない。
　例えば再生可能電源等による需給量の変動を吸収したい場合、需給調整要求量把握部１０５５は、電力線１０１９の電圧を測定し、その電圧に基づいて、地域全体の需給量を推定してもよい。
　また、例えば、太陽光発電による需給量の変動を吸収したい場合、需給調整要求量把握部１０５５は、日射計を用いて地域の日射量を測定し、その値に基づいて、地域全体の再生可能電源による発電量を推定してもよい。
　また、例えば、中央制御装置１００１、または中央制御装置１００１に需給調整要求量を伝達する上位系統（例えば電力会社の給電指令所）から、信頼性の高い通信方法で一斉通信を行うようにしてもよい。この場合、必要なのは一方向の通信であるため、安価な手段も利用できる。例えば安価かつ信頼性の高い通信方法として、ラジオ等の無線通信を用いることができる。
　なお、割り当て帯域αm nの計算方法はここで示したものに限られない。例えば、電池の劣化を防ぐ割り当て帯域αm nの計算方法がある。需給調整装置１０２や需給調整装置１００２が蓄電池の場合、需給調整を行うことで、容量低減や内部抵抗増加などの劣化を引き起こす。劣化の程度は温度やＳｏＣの値で大きく異なる。そこで、需給調整装置の状態として、劣化に関係するパラメータを収集し、劣化を最小化しつつ、需給調整要求量を実現するような計算方法を採用してもよい。
　上述した第１及び第２の実施形態を例に説明した本発明は、当該実施形態の説明において参照したフローチャート（図２、図６、図７、図８、図９）の機能、或いは少なくとも図１、図１０に示したブロック図における中央制御装置１０１を実現可能なプログラムを図１１に示す情報処理装置２０００に対して供給した後、そのプログラムをＣＰＵ２１００に対して実行することによって達成される。また、情報処理装置２０００内に供給されたプログラムは、読み書き可能な一時記憶メモリ２２００またはハードディスクドライブ等の不揮発性の記憶装置２３００に格納すればよい。
　上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、
　前記中央制御装置は、
　各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集部と、
　前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算部と、
　前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算部と、を備えた需給調整システム。
（付記２）前記需給調整装置の状態に関する情報は、
　前記需給調整装置の容量および遅延量のうちの少なくとも一つを含む、付記１に記載の需給調整システム。
（付記３）中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、
　前記中央制御装置は、
　各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集部と、
　前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算部と、
　前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を、各々の需給調整装置に送信する割り当て帯域送信部と、を備え、
　前記各々の需給調整装置は、
　前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、自身の需給調整量を算出する需給調整量計算部を備え、
　前記中央制御装置は、前記需給調整装置が算出した需給調整量に基づいて需給調整を行うよりも低い頻度で、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を送信する、需給調整システム。
（付記４）前記前記需給調整装置は、電力貯蔵装置である、付記１から３のいずれか１項に記載の需給調整システム。
（付記５）中央制御装置が１つ以上の需給調整装置の需給調整を行う需給調整方法であって、
　前記中央制御装置が、各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集し、
　前記中央制御装置が、前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出して割り当て、
　前記中央制御装置が、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する、需給調整方法。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、2013年3月1日に出願された日本出願特願2013-040698を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０１，１００１　中央制御装置
１０２，１００２　需給調整装置
１０３，１００３　割り当て量計算部
１０４，１００４　通信部
１０５，１００５，１０１５　需給調整要求量把握部
１０６，１００６，１０５６　需給調整要求量記録部
１０７，１００７，１０５７　周波数スペクトル変換部
１０８，１００８　割り当て帯域計算部
１０９，１０５９　需給調整量計算部
１１０，１０１０　需給調整装置状態収集部
１１１，１０１１　需給調整装置状態受信部
１１２　充放電量送信部
１１３　需給調整量受信部
１１４，１０１４　需給調整部
１１５，１０１５　需給調整装置状態送信部
１１６　系統運用者
１１７　需給調整要求量
１１８，１０１８　通信手段
１１９，１０１９　電力線
１０１２　割り当て帯域送信部
１０１３　割り当て帯域受信部
２０００　情報処理装置
２１００　CPU
２２００　一時記憶メモリ
２３００　記憶装置

Claims (9)

  1. 　中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、
    　前記中央制御装置は、
    　各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集手段と、
    　前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算手段と、
    　前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算部と、を備えた需給調整システム。
  2. 　前記需給調整装置の状態に関する情報は、
    　前記需給調整装置の容量および遅延量のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の需給調整システム。
  3. 　中央制御装置と１つ以上の需給調整装置を備えた需給調整システムであって、
    　前記中央制御装置は、
    　各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集手段と、
    　前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算手段と、
    　前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を、各々の需給調整装置に送信する割り当て帯域送信手段と、を備え、
    　前記各々の需給調整装置は、
    　前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、自身の需給調整量を算出する需給調整量計算手段を備え、
    　前記中央制御装置は、前記需給調整装置が算出した需給調整量に基づいて需給調整を行うよりも低い頻度で、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を送信する、需給調整システム。
  4. 　前記前記需給調整装置は、電力貯蔵装置である、請求項１から３のいずれか１項に記載の需給調整システム。
  5. 　中央制御装置が１つ以上の需給調整装置の需給調整を行う需給調整方法であって、
    　前記中央制御装置が、各々の需給調整装置の状態に関する情報を収集し、
    　前記中央制御装置が、前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出して割り当て、
    　前記中央制御装置が、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する、需給調整方法。
  6. 　需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集処理と、
    　前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算処理と、
    　前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、各々の需給調整装置の需給調整量を算出する需給調整量計算処理と、
    を中央制御装置に実行させる需給調整プログラムを記憶したプログラム記録媒体。
  7. 　前記需給調整装置の状態に関する情報は、
    　前記需給調整装置の容量および遅延量のうちの少なくとも一つを含む、請求項６に記載のプログラム記録媒体。
  8. 　１つ以上の需給調整装置の状態に関する情報を収集する需給調整装置状態収集処理と、
    　前記需給調整装置の状態に基づいて、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を算出する割り当て帯域計算処理と、
    　前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度に基づいて、前記需給調整装置が算出する前記需給調整装置の需給調整量に基づいて、需給調整を行うよりも低い頻度で、前記需給調整装置に割り当てる需給調整の変動の周波数帯域及び強度を送信する割り当て帯域送信処理とを、中央制御装置に実行させる需給調整プログラムを記憶したプログラム記録媒体。
  9. 　前記需給調整装置は、電力貯蔵装置である、請求項６から８のいずれか１項に記載のプログラム記録媒体。
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