WO2023054476A1 - 発電電力予測方法、発電電力予測装置及び太陽光発電システム - Google Patents

発電電力予測方法、発電電力予測装置及び太陽光発電システム Download PDF

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WO2023054476A1
WO2023054476A1 PCT/JP2022/036193 JP2022036193W WO2023054476A1 WO 2023054476 A1 WO2023054476 A1 WO 2023054476A1 JP 2022036193 W JP2022036193 W JP 2022036193W WO 2023054476 A1 WO2023054476 A1 WO 2023054476A1
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power generation
power
weather
time
generated
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PCT/JP2022/036193
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅行 堀井
広之 藤村
Original Assignee
株式会社ラプラス・システム
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification

Definitions

  • the present invention relates to a method for predicting power generation of photovoltaic power generation, a power generation prediction apparatus, and a photovoltaic power generation system.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose methods of predicting photovoltaic power generation.
  • the conventional method of predicting power generation is based on the amount of solar radiation, and requires a correlation between the measured value of solar radiation and the measured value of generated power. Measured values of solar radiation available on the Internet are limited, and it is necessary to install a pyranometer in order to obtain an accurate measured value of solar radiation at the location where the solar cell is installed.
  • the present invention provides a photovoltaic power generation prediction method, a photovoltaic power generation prediction apparatus, and a photovoltaic power generation system capable of predicting the power generated at a desired date and time without the need for a pyranometer in a photovoltaic power generation system.
  • the challenge is to provide
  • a photovoltaic power generation system means a power generation system equipped with solar cells and a power conditioner.
  • the generated power prediction method includes: A method for predicting generated power for a photovoltaic power generation system including a photovoltaic cell and a power conditioner, a first step of storing past data relating the power generation data of the solar cell and the weather data output via the power conditioner for at least one year prior to the target date of power generation prediction; a second step of obtaining a clear-air power generation curve from the power generation value of the day selected from the past data; A third step of obtaining an annual transition curve indicating an annual transition of the total power generation amount obtained by integrating the fine weather power generation curve; a fourth step of scaling the clear weather power generation curve to match the annual trend curve to obtain a clear weather power generation model; a fifth step of obtaining the clear weather power generation model for all days of the year; a sixth step of obtaining a weather coefficient for each weather; and a seventh step of obtaining the weather forecast for the forecast target day and predicting the generated power output from the power conditioner from the fine weather power generation model and the weather coefficient for the forecast target day in this
  • the method for predicting generated power according to the present invention includes:
  • the fine weather power generation curve is characterized by being represented by a function that is axially symmetrical with respect to the central time axis of the power generation time.
  • the method for predicting generated power according to the present invention includes: In the second step, the extracting day is characterized in that the total fine weather time is 40% or more of the total power generation time.
  • the number of days on which the sunny power generation curve can be calculated increases, so the number of data points for constructing the annual transition curve increases, and the accuracy of the forecast is improved.
  • the weather coefficient is defined for each hour or month.
  • the method for predicting generated power includes: In step 2, The generated power prediction device is Obtaining the fine weather power generation curve based on the generated power value at the time when the generated power value is equal to or less than the rated output of the power conditioner, In step 7, a minimum value between the predicted power generation calculated from the fine weather power generation model and the weather coefficient and the rated output at each time is adopted as the predicted power generation at that time.
  • the method for predicting generated power includes: It is characterized in that the predicted power generation after the target prediction date is corrected by comparing the power output from the power conditioner actually measured on the target prediction date and the predicted power generation.
  • the photovoltaic power generation system includes: A solar power generation system comprising a solar cell, a power conditioner, and a power generation prediction device,
  • the generated power prediction device is characterized by executing the prediction method according to any one of claims 1 to 6.
  • the generated power prediction device includes: A generated power prediction device for predicting the generated power of a photovoltaic power generation system comprising a solar cell and a power conditioner, comprising an arithmetic processing unit and a storage device, The arithmetic processing unit executes the prediction method according to any one of claims 1 to 6.
  • the power generation prediction device can be incorporated into existing photovoltaic power generation systems equipped with solar cells and power conditioners.
  • a solar power generation prediction method it is possible to obtain a solar power generation prediction method, a solar power generation prediction device, and a solar power generation system capable of predicting power generation at a desired date and time without requiring a pyranometer.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing the main configuration of a photovoltaic power generation system 100.
  • FIG. 2A is a graph exemplifying the time transition (time dependence) of the actually measured value of generated power on a sunny day all day long.
  • FIG. 2B is a graph exemplifying an approximate curve (referred to as a fine weather power generation curve) that reproduces the time dependence of generated power (actually measured values).
  • FIG. 3 shows the time dependence of the power generated by the solar cell 2 showing an example of a partially sunny day.
  • FIG. 4 is a graph showing the annual transition of the total amount of power generation on fine days and an annual transition curve approximating the annual transition of the total amount of power generation on fine days.
  • Fig. 5(A) shows an example of a partly sunny day that cannot be corrected for a sunny day by interpolation. Give an example.
  • power generation is the power generation capacity to generate power per unit time, for example, expressed in units of kW
  • power generation is the power generation for a predetermined period of time (e.g., the total power generation time per day). is an integrated value of, for example, expressed in units of kWh.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing the main configuration of a photovoltaic power generation system 100.
  • a photovoltaic power generation system 100 of Embodiment 1 includes a power generation prediction device 1 , a solar cell 2 and a power conditioner 3 .
  • the DC power generated by the solar cell 2 is converted into AC power via a power conditioner 3 (referred to as PCS) and output to a load (not shown).
  • PCS power conditioner
  • a known power conditioner can be used for the solar cell 2 and the PCS 3 .
  • the PCS 3 can use a device capable of receiving power generated by the solar cell 2, controlling the power generation efficiency of the solar cell 2 according to the IV characteristics of the solar cell 2, and outputting the generated power.
  • the PCS 3 can use a device capable of improving the power generation efficiency of the solar cell 2 by controlling the output so that the power generated by the solar cell 2 is maximized by a hill-climbing method or the like.
  • the PCS 3 outputs the generated power value (output value of generated power) to the generated power prediction device 1 .
  • a power meter for measuring the generated power output from the PCS 3 may be provided separately, and the power meter may be configured to output to the generated power prediction device 1 . Therefore, the generated power prediction device 1 can obtain the generated power of the solar cell 2 output via the PCS3.
  • the generated power prediction device 1 includes an arithmetic processing device 11 and a storage device 12 .
  • the arithmetic processing unit 11 of the generated power prediction device 1 inputs the generated power value that changes every moment from the PCS 3, records it in the storage device 12 along with the date and time, and can read out the generated power value recorded in the storage device 12.
  • a known microprocessor or the like can be used as the arithmetic processing unit 11, and a known device that stores data by a semiconductor memory or an electromagnetic method can be used as the storage device 12.
  • the generated power prediction device 1 may be installed at the location where the solar cell 2 is installed, or may be installed at a different location such as a remote location connected to a network.
  • the generated power prediction device 1 may be connected to the PCS 3 or a power meter via a data communication means such as the Internet or LAN and receive the generated power value.
  • the generated power prediction device 1 may be placed, for example, in a monitoring room or the like, or may be placed in a remote terminal.
  • the power generation prediction device 1 may include the arithmetic processing device 11 and the storage device 12 .
  • the generated power prediction device 1 can be configured as a single device using an independent computer such as a so-called IoT device, but a computer on the cloud may be used, and the generated power It is also possible to use an arithmetic processing unit and a storage device incorporated in a monitoring device or the like that monitors or visualizes, or an arithmetic processing device and a storage device included in the control device of the PCS3. In addition, each step constituting the prediction method shown below can be processed by a plurality of different devices such as computers. may be configured.
  • the generated power prediction device 1 can be connected to the Internet (line) 4 via a network interface (not shown), and can obtain weather information and weather forecasts such as cloud cover, temperature, and humidity via the Internet 4 .
  • the weather information and weather forecast can be recorded in the storage device 12 together with the date and time, and the weather information and weather forecast recorded in the storage device 12 can be read out.
  • the power generation prediction device 1 can obtain current or past weather information as the weather information.
  • the generated power prediction device 1 may be equipped with a display device 13, such as a flat panel display. In this case, the generated power prediction device 1 can output the generated power value of the solar cell 2 to the display device 13 and visualize it.
  • the generated power prediction device 1 can accept an operator's command via an input device 14 such as a keyboard, touch panel, or voice input. It should be noted that the display device 13 may be equipped with a touch panel function and configured as an input device 14 as well.
  • the storage device 12 stores the power generation value of the solar cell 2 for each day in the past year at predetermined time intervals. For example, the power generation values for the past year (from January 1 to December 31) are stored every minute, for example.
  • Step 1 Prepare power generation and weather data before the forecast date.
  • Power generation data and weather data from January 1st to December 31st before the prediction date (prediction target date) are prepared.
  • the generated power prediction device 1 obtains the generated power of the solar cell 2 for each hour, which is output to the storage device 12 via the PCS 3 for each month, day, minute, and hour, and the weather information (cloud amount, temperature, Humidity) is stored and accumulated as a database, past data in which power generation data and weather data are associated with each other on a daily basis.
  • the power generation data and the weather data for at least one year from the date of execution of the prediction may be used, and the starting point of the power generation data and the weather data is not limited to January 1st.
  • past data of power generation data and weather data for one year or more may be stored in the storage device 12 .
  • Step 2 A sunny day is extracted (selected) from past power generation data, and a fine weather power generation curve (clear weather power generation curve) is obtained from the actually measured value of the power generated during that fine weather.
  • the date of extraction selection
  • the period from the power generation start time (or sunrise) to the power generation end time (or sunset) is simply referred to as a whole day, and the day where the weather is clear from the power generation start time to the power generation end time is sometimes referred to as an all-day clear day.
  • FIG. 2A is a graph exemplifying the time transition (time dependence) of the actually measured value of generated power on a sunny day all day long.
  • FIG. 2(B) is a graph illustrating an approximate curve (referred to as a fine weather power generation curve) that reproduces the time dependence of the measured value of generated power.
  • values normalized by the rated power of PCS3 are used for the power generation and the amount of power generation.
  • the rated power of the PCS3 is the maximum power value that the PCS3 can output.
  • the shape of the graph showing the time dependence of the generated power (actual value) has a shape similar to a Gaussian distribution as a whole, and is a gentle curve. It can be determined that the data is generated power on a sunny day all day long. As will be described later, it is possible to automatically determine whether the weather is fine at each time based on the value of the generated power, and it is possible to extract a day determined to be sunny all day as an all-day sunny day.
  • Extraction of such an all-day sunny day is performed by the arithmetic processing unit 11 sequentially reading the measured values of past generated power stored in the storage device 12 and automatically determining whether or not it is an all-day sunny day. It is possible, and the day determined to be an all-day sunny day is registered in the storage device 12 as an all-day sunny day.
  • the sunny day to be extracted may be not only a sunny day all day long but also a partially sunny day at a specific time (referred to as a partially sunny day).
  • FIG. 3 shows the time dependence of the power generated by the solar cell 2 showing an example of a partially sunny day.
  • the generated power at the time indicated by the white arrow indicates a value that deviates from the generated power estimated from the time dependence of the generated power on a sunny day.
  • the generated power values at these times can be linearly interpolated with the generated power values before and after determined to indicate the generated power on a sunny day, and corrected as the generated power values on a sunny day.
  • a partly sunny day can be corrected to an all-day sunny day by interpolation.
  • a partially sunny day that can be corrected to an all-day sunny day by interpolation can be registered in the storage device 12 as a partially sunny day that can be interpolated.
  • the deviated value of the generated power data is corrected by interpolation, and the corrected generated power data is registered in the storage device 12 as an all-day sunny day. good too.
  • the time dependence of the generated power (actually measured value) on the extracted all-day sunny day (or all-day sunny day that can be corrected to an all-day sunny day) is approximated by a predetermined continuous function (F (t): t is time)
  • F (t) t is time
  • a power generation curve for a fine weather day (referred to as a fine weather power generation curve) is obtained.
  • the obtained fine weather power generation curve indicates the time dependence of the power generated on a sunny day all day long.
  • a continuous function (F(t)) that reproduces the generated power can be obtained from the time dependence of the generated power (actually measured value) by regression analysis such as the least squares method.
  • the end time be the power generation end time
  • the approximation function of the C region be the inversion (axisymmetric) of the function of the A region.
  • Approximate functions are continuously connected at the boundary between the A and B regions and the boundary between the B and C regions.
  • the number of parameters for determining the approximation function can be reduced by including information on the start of power generation and the end of power generation, and by setting the functions of the A region and the C region in an axially symmetrical relationship. In other words, it becomes possible to reproduce a clear-sky power generation curve with a small number of parameters.
  • Ts be the power generation start time (the time when the generated power starts to exceed 0)
  • Te be the power generation end time (the time when the generated power decreases and become 0)
  • be the time of the A region and the C region. Assuming that time is t, region A is in the range of Ts ⁇ t ⁇ Ts+ ⁇ , and region C is in the range of Te ⁇ t ⁇ Te.
  • dF(t)/dt ⁇ *sin(2 ⁇ (t ⁇ Ts)/ ⁇ )
  • C region: dF(t)/dt ⁇ *sin(2 ⁇ (Te ⁇ t)/ ⁇ ) (Formula 2)
  • dF(t)/dt means the first derivative of F(t) with respect to time.
  • smoothly continuous means continuous up to at least the first-order differentiation.
  • the power generation start time and power generation end time can be set to the sunrise/sunset times determined from the date, latitude, and longitude. However, it is also possible to take into account the influence of topography and features around the solar cell 2 and make corrections.
  • the continuous function that reproduces the fine weather power generation curve is based on the IV characteristics of the solar cell 2, the influence of the performance of the PCS 3 that controls the output of the solar cell 2, etc. to be included.
  • the function form that approximates the fine weather power generation curve is not limited to the above, and can be set as appropriate. However, by using a function having symmetry as described above, the fine weather power generation curve can be reproduced using a small number of parameters, and temporal trend analysis of the fine weather power generation curve can be facilitated. In addition, when the clear-air power generation curve obtained from the power generation data shows a complicated shape, it is also possible to obtain an approximate expression using a neural network based on the universality theorem.
  • Step 3 Obtain a yearly transition curve showing the yearly transition of the total amount of power generated on a sunny day. Integrate the power generated at each time from the sunny power generation curve for multiple days obtained in step 2, calculate the total power generation for each day (total power generation on a clear day), A one-year transition of power generation (referred to as an annual transition curve) is obtained.
  • FIG. 4 is a graph showing the annual transition (day dependence) of the total amount of power generation on fine days and an annual transition curve approximating the annual transition of the total amount of power generation on fine days.
  • the vertical axis is the amount of power generation, and the horizontal axis is time (days).
  • Each point shown in FIG. 4 indicates the total amount of power generation on a sunny day, and the solid line indicates an annual transition curve.
  • FIG. 4 includes the total amount of power generated on a sunny day obtained from the sunny power generation curve for not only all-clear days but also on partially sunny days.
  • An approximation function (annual transition approximation function G( ⁇ )) that reproduces the daily dependence of the total amount of power generation on fine days shown at each point in FIG. 4 is obtained by regression analysis.
  • is the day.
  • An annual transition curve can be represented by a function G( ⁇ ).
  • the function G( ⁇ ) may for example consist of a combination of two periodic functions.
  • an annual transition curve may be formed by a linear combination of a periodic function with a period of one year and a periodic function with a period of half a year.
  • G( ⁇ ) a*sin(2 ⁇ *( ⁇ b)/365)+c*sin(2 ⁇ *( ⁇ d)/182.5)+e (Formula 3)
  • a, b, c, d, and e are parameters.
  • Step 4 Scale the clear-air power generation curve according to the annual transition curve to obtain a clear-air power generation model (Fm(t)). Since each fine weather power generation curve is obtained for each fine weather day, there may be variations in the mutual relationship between the sunny day total power generation amounts calculated from each fine weather power generation curve. Since the total amount of power generation on fine days changes gently, each fine weather power generation curve is multiplied by a correction coefficient and scaled according to the annual transition curve.
  • the clear weather power generation curve is multiplied by the correction coefficient Cm to obtain a clear weather power generation model.
  • the correction coefficient Cm on the extraction date ( ⁇ ) is calculated as follows.
  • Cm( ⁇ ) is a function of days( ⁇ ).
  • a fine weather power generation model (Fm( ⁇ , t)) can be obtained by multiplying the calculated correction coefficient Cm by the fine weather power generation curve on the extraction day ( ⁇ ).
  • Fm( ⁇ , t) Cm( ⁇ )xF( ⁇ , t) (Formula 5)
  • Step 5 Obtain all clear weather generation models for one year.
  • the clear weather power generation model other than the extraction date is the extraction date immediately before the day on which the clear weather power generation model is generated (clear weather power generation model generation target date ( ⁇ )) in the past data. generated by interpolating clear-air generation models (i.e., Fm( ⁇ 1, t) and Fm( ⁇ 2, t)) for ( ⁇ 1; where ⁇ 1 ⁇ ⁇ ) and the most recent later extraction date ( ⁇ 2; where ⁇ 2 > ⁇ ) be.
  • clear-air generation models i.e., Fm( ⁇ 1, t) and Fm( ⁇ 2, t)
  • Fm'( ⁇ , t) is as follows.
  • Fm′( ⁇ , t) Fm( ⁇ 1, t)+ ⁇ ( ⁇ 1)/( ⁇ 2 ⁇ 1) ⁇ Fm( ⁇ 2, t) ⁇ Fm( ⁇ 1, t) ⁇ (Formula 6 )
  • the correction coefficient Cm'( ⁇ ) is calculated so that the sunny power generation model Fm'( ⁇ , t) for the sunny power generation model generation target day ( ⁇ ) obtained by interpolation matches the annual transition curve, and Fm '( ⁇ , t) may be scaled.
  • the correction coefficient Cm'( ⁇ ) can be calculated by the following formula as in step 4.
  • a model of fine weather power generation for all days in a year can be obtained. All generated clear weather power generation models are stored in the storage device 12 together with the date and time.
  • the fine weather power generation model indicates the time dependence of the generated power reflecting the annual transition based on the measured value of the generated power output from the power conditioner 3 on a sunny day. Therefore, it is possible to comprehensively reflect the characteristics of the solar cell 2 and the power conditioner 3, including not only changes in the annual amount of solar radiation, but also the effects of climate such as temperature.
  • Cm' [calculated total power generation] / [total power generation of the most recent sunny power generation model] (Equation 9)
  • Cm′( ⁇ ) G( ⁇ )/ ⁇ Fm( ⁇ k, t) (Formula 10)
  • the fine weather power generation model Fm( ⁇ , t) for the sunny power generation model generation target day ( ⁇ ) can be calculated as follows.
  • Fm( ⁇ , t) Cm′( ⁇ ) ⁇ Fm( ⁇ k, t) (Formula 11)
  • the power generation start time and power generation end time are calculated from the latitude and longitude, and the clear weather power generation model obtained by multiplying by the constant
  • the time axis may be scaled (reduced or expanded in power generation time).
  • Fm ( ⁇ , t) Cm' ( ⁇ ) ⁇ Fm ( ⁇ k, Tc + ⁇ ⁇ (t-Tc)) (Formula 12)
  • time scaling or adjustment
  • Fm ( ⁇ , t) Cm' ( ⁇ ) ⁇ Fm' ( ⁇ , Tc + ⁇ ⁇ (t-Tc)) (Formula 13)
  • Step 6 Calculate the weather coefficient according to each weather.
  • the measured power generation amount for each weather (cloud amount) is compared with the clear weather power generation model, and the average ratio of the measured power generation amount at each time of the cloud amount and the clear weather power generation model is defined as the weather coefficient (Rw).
  • the generated power prediction device 1 stores the weather coefficient in the storage device 12 in association with the amount of clouds.
  • Rw (amount of clouds) ⁇ [actually measured power generation]/[generated power of fine weather power generation model]> (Equation 14)
  • ⁇ > indicates the average value.
  • the average is, for example, the arithmetic mean of multiple ratios obtained at each time.
  • the amount of cloud at the relevant time can be obtained from the Internet 4 and weather data stored in advance in the storage device 12 can be used.
  • the weather coefficient is determined for each amount of cloud, and makes it possible to calculate the generated power corresponding to the amount of cloud from the generated power of the clear weather power generation model.
  • Level 1 Cloud cover 10% or less (equivalent to fine weather)
  • Level 2 Cloud amount 11% to 25%
  • Level 3 Cloud amount 26% to 50%
  • Level 4 Cloud amount 51% to 84%
  • Level 5 Cloud amount 85% to 100%
  • Weather coefficient Rw is level L is determined as a function Rw(L) dependent on . Note that Rw(L) can be calculated from the measured values of the generated power on each date saved in the storage device 12, so it is calculated from the average value of the multiple ratios obtained according to the amount of clouds L.
  • Rw (L) ⁇ [actually measured power generation] / [generated power of clear weather power generation model]> (Equation 15)
  • ⁇ > indicates the average value.
  • Step 7 Predict the power generation on the prediction target day.
  • the generated power prediction device 1 obtains the weather forecast for the prediction target day for the area where the solar cell 2 is installed from the Internet 4 .
  • the weather forecast includes the amount of clouds (L) for each time (t) on the day ( ⁇ ) to be forecasted.
  • the generated power prediction device 1 reads out the sunny power generation model (Fm ( ⁇ , t)) and the weather coefficient (Rw (L)) corresponding to the date ( ⁇ ) of the prediction target date from the storage device 12, Then, the generated power of the fine weather power generation model is multiplied by the weather coefficient corresponding to the amount of clouds to calculate the generated power, and the predicted generated power (Pf( ⁇ , t)), which is the predicted value of the generated power, is obtained.
  • the predicted power generation (Pf( ⁇ , t)) can predict the power generation at each time (t) and provides the time dependence of the predicted power generation.
  • Pf( ⁇ , t) Rw(L) ⁇ Fm( ⁇ , t) (Formula 16)
  • the power generation prediction device 1 can obtain the predicted power generation Pf( ⁇ , t) for each time (t) on the prediction target day ( ⁇ ).
  • a program for executing steps 1 to 7 in this order is stored in the storage device 12, and the arithmetic processing unit 11 predicts the generated power according to the stored program.
  • the arithmetic processing device 11 can output the generated power on the prediction target day to the display device 13, and may be configured to output to a control device such as an external computer.
  • a control device such as an external computer.
  • the form of the storage device 12 is not particularly limited, and it may be built in the arithmetic processing device 11 or may be provided outside.
  • the form of the generated power prediction device 1 that executes the above steps can take various forms as described above.
  • Steps 1 to 7 may be executed in order. It does not exclude human operations in the execution of processing.
  • the power generation prediction device 1 can be incorporated into an existing photovoltaic power generation system. Therefore, the photovoltaic power generation system 100 capable of predicting photovoltaic power generation can be easily constructed.
  • step 2 As the extraction day (clear day to be extracted), in addition to an all-day sunny day, a partially sunny day that can be corrected to an all-day sunny day was adopted. However, even a partially sunny day that cannot be corrected to an all-day sunny day by interpolation can be adopted as an extraction day.
  • the generated power prediction device 1 can extract the days on which the fine weather curve can be calculated from the data of the generated power stored in the storage device 12 and calculate the fine weather curve.
  • Fig. 5(A) shows an example of a partly sunny day that cannot be corrected for a sunny day by interpolation.
  • the fine weather power generation curve F(t) shown in FIG. 5(B) combines a trigonometric function and a quadratic function as described above, and employs a function that is axially symmetrical with respect to the central time axis of the power generation time.
  • the generated power values in time zone (time domain) A and time zone (time domain) B can be regarded as the generated power values in fine weather, but the generated power values in other time zones are about 5 minutes. It is not possible to interpolate the generated power value to obtain the generated power on a sunny day. However, if the time during which the weather is fine (clear weather) is a predetermined percentage of the total power generation time (the time from the start time of power generation to the end time of power generation), for example, 40% or more, the measured value of the generated power during the time period that can be regarded as fine weather. can be used to obtain a function that reproduces the clear-air generation curve. Since the number of days for which the clear-air power generation curve can be calculated increases, the number of data points for constructing the annual transition curve increases, and the effect of improving the accuracy of prediction is obtained.
  • the power generation start time is 6:46
  • the power generation end time is 17:23
  • the total power generation time is 637 minutes.
  • the time zone A and the time zone B that can be regarded as fine weather are 126 minutes and 148 minutes, respectively, and the total fine weather time is 274 minutes, and the total fine weather time is 43% of the total power generation time.
  • FIG. 5B shows the results of regression analysis performed using only the generated power values for time periods A and B, excluding generated power values for times other than time period A and time period B.
  • FIG. 5(B) even if it is a partially sunny day that cannot be corrected to an all-day sunny day by interpolation, a sunny power generation curve can be obtained if it is a sunny curve calculable day.
  • sunny days are defined as sunny days all day, days when power can be obtained on all sunny days by interpolation, and days when power generation on all sunny days is difficult but can be partially equal to that on sunny days for a predetermined time or more.
  • curve calculable date Sometimes referred to as curve calculable date.
  • the arithmetic processing unit 11 of the generated power prediction device 1 automatically determines whether or not each day stored in the storage device 12 is a sunny curve calculable day from the generated power stored in the storage device 12 for each day. can do.
  • a method for automatically determining the days when the fine weather curve can be calculated will be described below.
  • the arithmetic processing unit 11 reads the generated power data stored in the storage device 12, determines a predetermined time interval ⁇ T (for example, 5 minutes), and determines whether the weather is fine at each time based on the dependence on the predetermined time interval. .
  • the arithmetic processing unit 11 can execute the following determination process for each time t in order from the start time Ts.
  • Judgment process 1 Total fluctuation amount of generated power from time t to time t+ ⁇ T (
  • P(t) is the generated power at time t
  • ⁇ t is the measurement time interval (or output time interval of the measured value) of the generated power P(t)
  • is the absolute value.
  • Judgment process 2 The integrated value of generated power from time t to time t+ ⁇ T is smaller than the integrated value of generated power of ⁇ T on both sides, that is, smaller than the integrated value of generated power from time t ⁇ T to time t, and from time t+ ⁇ T to time t+2 ⁇ T If it is smaller than the integrated value of the generated power, it is judged (determined) that the weather is not fine.
  • Judgment process 3 If the integrated value of generated power from time t to time t+ ⁇ T is less than the average of the integrated values of generated power from time t to time t+ ⁇ T in the preceding 15 days, it is determined that the weather is not fine.
  • the arithmetic processing unit 11 executes the judgment processes 1, 2, and 3, and judges (determines) that the weather is not fine at time t when it is judged that even one of the weather conditions is not fine. Note that the execution order of determination processes 1, 2, and 3 is arbitrary and not limited.
  • the processing unit 11 excludes from the power generation time (from the power generation start time to the end time) the times determined by the determination process to be not fine weather, and determines the remaining time after the exclusion to be fine weather.
  • the arithmetic processing unit 11 calculates the total sum of the times determined to be fine weather. Arithmetic processing unit 11 recognizes a day on which the sum of the times judged to be fine weather is equal to or greater than a predetermined time ratio (for example, 40%) of the power generation time as a sunny curve calculable day, and registers it in storage device 12 as a sunny curve calculable day. At the same time, it is possible to register the time judged to be fine on the day on which the fine weather curve can be calculated.
  • a predetermined time ratio for example, 40%
  • the arithmetic processing unit 11 of the generated power prediction device 1 performs regression analysis using only the measured values of the generated power on the days when the fine weather curve can be calculated stored in the storage device 12 when it is judged to be fine weather, and performs a regression analysis. can be obtained.
  • the weather coefficient was determined depending on the amount of clouds. Weather coefficients may also be defined to change depending on the season or time of day. For example, the amount of solar radiation applied to the solar cell 2 is considered to be affected not only by the amount of clouds but also by the amount of water vapor in the atmosphere, and is also considered to be affected by temperature and humidity. Therefore, the weather coefficient is calculated according to each weather for each month, recorded in the storage device 12 of the power generation prediction device 1, selected according to the month of the prediction target day, and calculated as the cloud amount of the weather forecast. In addition, the generated power may be predicted.
  • the weather coefficient is calculated for each time or for each time zone, recorded in the storage device 12 of the power generation prediction device 1, selected according to the time of the prediction target day, and combined with the amount of clouds in the weather forecast. You may predict the generated power by
  • the power generation time (from the power generation start time to the end time) can be determined by dividing it into a plurality of time segments, for example, three segments. For the division, the power generation time can be equally divided, for example. Further, for example, the continuous function F(t) that reproduces the generated power is composed of three types of functions as in the above example, and as shown in FIG. May be split.
  • the weather coefficient (Rw) is calculated by averaging the values obtained according to Equation 15 for each month (M) and each time segment (J). can ask.
  • the weather coefficient (Rw) depends on the amount of clouds (L) as well as the month (M) and time period (J).
  • Rw(L) Rw(M, J, L) (Formula 19) It can be expressed as.
  • the solar power generation system 100 may overload the solar cells 2 in order to improve the total power generation amount.
  • the power that can be generated from the solar cell 2 may be larger than the rated capacity of the PCS 3, for example, around noon when the amount of solar radiation is high.
  • the generated power output from the solar cell 2 may be limited by the rated power of the PCS3.
  • a state in which the generated power is limited by the rated power of the PCS 3 and no more generated power is output is called peak cut.
  • peak cut When peak cut occurs, the generated power output from PCS3 becomes equal to the rated power of PCS3. Power generation prediction of the photovoltaic power generation system 100 when peak cut occurs will be described below. In this embodiment, the following steps are modified from the power generation prediction method of the first embodiment.
  • Step 2 In the process of step 2 above, for the extracted generated power data on a sunny day, it is determined whether peak cut occurs at predetermined time intervals, for example, every minute. Exclude it from the time and calculate the clear weather power generation curve from the time when peak cut does not occur. Whether or not peak cut has occurred is determined by determining whether or not the value of the generated power output from the PCS 3 is the same as the rated output (rated power) of the PCS 3 . An approximation function that reproduces the generated power at the remaining times that are not excluded, that is, when the value of the generated power output from the PCS3 is less than the rated output of the PCS3, is obtained by regression analysis such as the least squares method, and the clear weather power generation curve is obtained. get
  • the generated power when peak cut occurs may fluctuate at a value lower than the rated output.
  • the value of generated power output from PCS3 is not necessarily exactly the same as the rated output of PCS3.
  • the value of the generated power output from the PCS 3 is close to the rated output, that is, the difference from the rated output is within a predetermined range (for example, within 5% of the rated output), and it continues for a predetermined time or longer (for example, 10 minutes or longer). It may be determined that the peak cut has occurred when it falls within a predetermined range. Therefore, it is determined whether or not the value of the generated power output from the PCS3 is substantially equal to the rated output of the PCS3. Note that "substantially equivalent" means the same or the difference is within a predetermined range.
  • Step 7 In the process of step 7 above, the generated power prediction device 1 compares the predicted generated power Pf ( ⁇ , t) predicted for each time (t) on the prediction target day ( ⁇ ) with the rated output of the PCS 3, The minimum value is adopted as the predicted generated power, which is the predicted value of the generated power at that time.
  • Pf( ⁇ , t) min(Pf( ⁇ , t), [Rated output of PCS3]) (Formula 20)
  • “min” in Expression 20 is a function that outputs the minimum value. If Pf( ⁇ , t) and the rated output of PCS3 are the same value, that value is output.
  • Correction method 1 On the prediction target day, the actually measured power generation amount and the predicted power generation amount are compared, and the ratio is calculated as the power generation amount correction ratio (Rp).
  • Rp [actually measured power generation amount]/[predicted power generation amount] (Formula 21)
  • the predicted power generation is multiplied by the obtained power generation amount correction ratio to correct the subsequent predicted power generation (after the prediction target day).
  • the power generation amount correction ratio is calculated from the power generation amount obtained by integrating the actual power generation amount and the predicted power generation amount on the prediction target date X month Y, and the predicted power generation amount is multiplied by the power generation amount correction ratio. Correct the predicted power generation of Note that the power generation amount correction ratio may be stored in the storage device 12 .
  • the prediction target date X, Y is a day on which the sunny curve can be calculated
  • the sunny power generation curve is obtained from the actually measured power generation data, and the sunny power generation curve is integrated instead of [actually measured power generation] in Equation 21.
  • the integrated value of the forecasted sunny power generation model for X month Y may be used.
  • the obtained Rp may be used to correct the fine weather power generation model after the prediction target date, and the corrected fine weather power generation model may be stored in the storage device 12 .
  • the fine weather model can be corrected by Rp, it is called a fine weather model correction ratio.
  • the power generation start time is time A
  • the weather is fine from time A to time B
  • the integrated value obtained by integrating the actual measurement values of generated power from time A to time B and the predicted generated power are integrated.
  • a power generation correction ratio Rp is calculated from the integrated value.
  • the predicted generated power after time B is multiplied by the calculated generated power correction ratio Rp to correct the predicted generated power.
  • Correction method 3 It is also possible to correct the weather coefficient. It is possible to obtain actual measured values of generated power and weather observation data, such as cloud cover, via the Internet at each time of the prediction target day. Therefore, it is possible to calculate the weather coefficient Rw by Equation 14 and update it at any time. Note that the calculated weather coefficient Rw may be updated as a weather coefficient Rw defined for each month and for each time segment.
  • a power generation system capable of predicting power generated by photovoltaic power generation based on data on past power generation, weather information, and a weather forecast for the forecast date without using a pyranometer. be able to. It is possible to utilize the existing photovoltaic power generation system, and the industrial applicability is high.

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Abstract

【課題】 所望の日時の発電電力を予測することが可能な太陽光発電電力の予測方法、太陽光発電予測装置、太陽光発電システムの提供を課題とする。 【解決手段】 太陽光発電の予測方法は、予測対象日前の少なくとも1年間のPCSを介して出力された太陽電池の発電データと天気データとを関連付けた過去データを保存する第1のステップと、過去データから快晴発電カーブを算出する第2のステップと、総発電量の年間推移を示す年間推移曲線を得る第3のステップと、年間推移曲線に合わせて快晴発電カーブから快晴発電モデルを得る第4のステップと、1年間の全ての快晴発電モデルを得る第5のステップと、天気係数を得る第6のステップと、天気予報を入手し、快晴発電モデルと天気係数とから予測発電電力を得る第7のステップとをこの順に実行する。

Description

発電電力予測方法、発電電力予測装置及び太陽光発電システム
 本発明は、太陽光発電の発電電力予測方法、発電電力予測装置及び太陽光発電システムに関する。
 従来より再生可能エネルギーとして太陽光を用いて発電する太陽光発電システムが知られている。太陽光発電は気象条件に発電電力が左右される。そのため、太陽光により発電された電力を効率的に運用するためには、発電電力を予測することが要望される。
 例えば特許文献1、特許文献2は、太陽光発電電力の予測方法を開示する。
特開2017-127140号公報 特開2012-124188号公報
 従来の発電電力の予測方法は、日射量をベースとしており、日射量の実測値と、発電電力の実測値の相関関係を必要とする。インターネットから入手可能な日射量の実測値は限定的であり、太陽電池が設置されている箇所での正確な日射量の実測値を得るためには日射量計の設置が必要となる。
 本発明は、太陽光発電システムにおいて、日射量計を必要とせず、所望の日時の発電電力を予測することが可能な太陽光発電電力の予測方法、太陽光発電予測装置、太陽光発電システムの提供を課題とする。
 なお、太陽光発電システムとは、太陽電池とパワーコンディショナを備えた発電システムを意味する。
 本発明に係る発電電力の予測方法は、
 太陽電池及びパワーコンディショナを含む太陽光発電システムに対する発電電力の予測方法であって、
 発電電力の予測対象日前の少なくとも1年間の前記パワーコンディショナを介して出力された前記太陽電池の発電データと天気データとを関連付けた過去データを保存する第1のステップと、
 前記過去データから選択された日の発電電力値から快晴発電カーブを得る第2のステップと、
 前記快晴発電カーブを積算して得られた総発電量の年間推移を示す年間推移曲線を得る第3のステップと、
 前記年間推移曲線に合わせて前記快晴発電カーブをスケーリングし快晴発電モデルを得る第4のステップと、
 前記快晴発電モデルを1年間の全ての日に対して得る第5のステップと、
 各天気に応じた天気係数を得る第6のステップと、
 予測対象日の天気予報を入手し、予測対象日の前記快晴発電モデルと前記天気係数とから前記パワーコンディショナから出力される発電電力を予測する第7のステップとをこの順に実行することを特徴とする。
 このような発電電力の予測方法とすることで、日射量計を必要とせず、太陽光発電の発電電力の予測が可能となる。
 また、本発明に係る発電電力の予測方法は、
 前記快晴発電カーブは発電時間の中央の時間軸に対して軸対称となる関数により表されることを特徴とする。
 このような関数を用いることにより、少ないパラメータにより快晴発電カーブを再現することが可能となる。
 また、本発明に係る発電電力の予測方法は、
前記第2のステップにおいて、前記抽出日は、総発電時間に対して総快晴時間が40%以上であることを特徴とする。
 このような構成とすることにより、快晴発電カーブを算出可能な日が増加するため、年間推移曲線を構成するためのデータ点が増大し、予測の正確性が向上する効果が得られる。
 また、本発明に係る発電電力の予測方法は、
前記天気係数は時刻毎又は月毎に定義されることを特徴とする。
 このような構成とすることで、さらに細やかな発電電力の予測が可能となる。
 また、本発明に係る発電電力の予測方法は、
前記ステップ2において、
前記発電電力予測装置は、
 発電電力値が前記パワーコンディショナの定格出力以下となる時刻の発電電力値に基づいて前記快晴発電カーブを求め、
 前記ステップ7において、時刻毎に前記快晴発電モデルと前記天気係数とから算出された前記予測発電電力と前記定格出力との最小値をその時刻の前記予測発電電力として採用することを特徴とする。
 このような構成とすることにより、例えば太陽電池を過積載した太陽光発電システムにおいてピークカットが生じるような場合においても、発電電力の予測が可能となる。
 また、本発明に係る発電電力の予測方法は、
予測対象日に実測した前記パワーコンディショナから出力される発電電力と、予測発電電力との比較により、予測対象日以降の予測発電電力を補正することを特徴とする。
 このような構成とすることにより、発電電力の予測の精度を、さらに向上させることができる。
 本発明に係る太陽光発電システムは、
太陽電池とパワーコンディショナと発電電力予測装置とを備える太陽光発電システムであって、
 前記発電電力予測装置は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の予測方法を実行することを特徴とする。
 このような太陽光発電システムにより、日射量計を必要とせず、太陽光の発電電力を予測することが可能となる。
 本発明に係る発電電力予測装置は、
 太陽電池とパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムに対して、その発電電力を予測するための発電電力予測装置であり、
 演算処理装置と記憶装置とを備え、
 前記演算処理装置は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の予測方法を実行することを特徴とする。
 発電予測装置は、既存の太陽電池及びパワーコンディショナを備えた太陽光発電システムに組み込むことが可能であり、その結果、発電電力を予測可能な太陽光発電システムを構築することができる。
 本発明によれば、日射量計を必要とせず、所望の日時の発電電力を予測することが可能な太陽光発電電力の予測方法、太陽光発電予測装置、太陽光発電システムを得ることができる。
図1は、太陽光発電システム100の主要構成を示す概念図である。 図2(A)は、終日快晴日における発電電力の実測値についての時間推移(時刻依存性)を例示するグラフである。図2(B)は、発電電力(実測値)の時間依存性を再現する近似曲線(快晴発電カーブと称する。)を例示するグラフである。 図3は、部分的に快晴である日の例を示す太陽電池2の発電電力の時刻依存性を示す。 図4は、快晴日総発電量の年間推移を示し、快晴日総発電量の年間推移を近似する年間推移曲線を示すグラフである。 図5(A)は補間により終日快晴日に補正することができない部分快晴日の例を示し、図5(B)は、部分快晴日の発電電力の実測値を基に作成した快晴発電カーブの例を示す。
 以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は、いずれも本発明の要旨の認定において限定的な解釈を与えるものではない。また、同一又は同種の部材については同じ参照符号を付して、説明を省略することがある。
 以下に記載された用語「発電電力」とは単位時間当たりに発電する発電能力であり、例えば単位kWで表され、「発電量」は発電電力の所定の時間(例えば1日の総発電時間)の積算値であり、例えば単位kWhで表される。
(実施形態1)
 図1は、太陽光発電システム100の主要構成を示す概念図である。
 実施形態1の太陽光発電システム100は、発電電力予測装置1、太陽電池2及びパワーコンディショナ3を備えている。
 太陽電池2の直流の発電電力は、パワーコンディショナ3(PCSと称す。)を介して交流の電力に変換されて不図示の負荷へ出力される。太陽電池2及びPCS3は、公知のパワーコンディショナを利用することができる。
 PCS3は、太陽電池2が発電する電力を受け、太陽電池2のIV特性に従い太陽電池2の発電効率を向上するよう制御し、発電電力を出力することが可能な装置を利用することができる。例えば、PCS3は山登り法等により、太陽電池2が出力する発電電力が最大となるよう出力を制御し、太陽電池2の発電効率を向上させることが可能な装置を使用することができる。
 PCS3は、発電電力値(発電電力の出力値)を発電電力予測装置1へ出力する。
なお、PCS3から出力される発電電力を計測する電力計を別途設け、電力計が発電電力予測装置1へ出力するよう構成してもよい。
 従って、発電電力予測装置1は、PCS3を介して出力される太陽電池2の発電電力を入手可能である。
 発電電力予測装置1は、演算処理装置11、記憶装置12を備えている。
 発電電力予測装置1の演算処理装置11はPCS3から時々刻々変化する発電電力値を入力し、日時とともに記憶装置12に記録し、また記憶装置12に記録された発電電力値を読み出すことが可能である。演算処理装置11は、公知のマイクロプロセッサ等を使用することができ、記憶装置12は半導体メモリや電磁的手法によりデータを記憶する公知の装置を使用することができる。
 なお、発電電力予測装置1は、太陽電池2の設置箇所に設置してもよいが、ネットワークに接続された遠隔地等の異なる場所に配置してもよい。発電電力予測装置1は、インターネット、LAN等のデータ通信手段によりPCS3又は電力計に接続され、発電電力値を受信できればよい。発電電力予測装置1は、例えば監視室等に配置してもよく、リモート端末に配置してもよい。
 また、発電電力予測装置1は、演算処理装置11、記憶装置12とを備えていればよい。そのため、発電電力予測装置1は、いわゆるIoT機器のような独立したコンピュータ等を利用して、1つの装置として構成することも可能であるが、クラウド上のコンピュータを利用してもよく、発電電力を監視又は可視化する監視装置等に組み込まれた演算処理装置及び記憶装置を利用してもよく、またPCS3の制御装置に含まれる演算処理装置及び記憶装置を活用することも可能である。
 また、以下に示す予測方法を構成する各ステップを、複数の異なるコンピュータ等の装置により処理することも可能であり、発電電力予測装置1は、複数の演算処理装置11及び/又は記憶装置12から構成されてもよい。
 発電電力予測装置1はネットワークインターフェース(不図示)を介してインターネット(回線)4に接続可能であり、インターネット4を介して雲量、気温、湿度等の気象情報、天気予報を入手することができる。気象情報や天気予報は、日時とともに記憶装置12に記録し、また記憶装置12に記録された気象情報や天気予報を読み出すことができる。
 なお、発電電力予測装置1は、気象情報として、現在又は過去の気象情報を入手することができる。
 発電電力予測装置1は映像信号を出力できるほか、表示装置13、例えばフラットパネルディスプレー等を備えてもよい。この場合、発電電力予測装置1は、太陽電池2の発電電力値を表示装置13に出力し、可視化することができる。
 発電電力予測装置1は例えばキーボード、タッチパネル、音声入力等の入力装置14を介して、操作者の指令を受け入れることができる。なお、表示装置13にタッチパネルの機能を搭載し、入力装置14としても構成することができる。
 記憶装置12は、過去1年間における各日の太陽電池2の発電電力値を所定の時間毎に記憶している。例えば過去1年間(1月1日から12月31日)の発電電力値を例えば1分毎に記憶している。
 以下、発電電力予測装置1による、太陽電池2の発電電力を予測する方法について説明する。
 ステップ1:予測日前の発電と天気データを準備する。
 予測日(予測対象日)より前の1月1日~12月31日の発電データと天気データとを準備する。
 発電電力予測装置1は、記憶装置12に月日時分毎にPCS3を介して出力された太陽電池2の時刻毎の発電電力及びインターネット4等から入手した少なくとも雲量を含む天気情報(雲量、気温、湿度)を、発電データ及び天気データとして互いに日毎に関連付けた過去データをデータベースとして保存し、蓄積する。
 なお、少なくとも予測を実行する日(当日)より過去1年間の発電データ及び天気データであればよく、発電データ及び天気データの起点は1月1日に限定するものではない。また、1年以上の発電データ及び天気データの過去データを記憶装置12に保存してもよい。
ステップ2:過去の発電電力のデータから快晴日を抽出(選択)し、その快晴時の発電電力の実測値から、快晴発電カーブ(快晴発電曲線)を得る。
 記憶装置12に保存されている過去の発電電力の実測値から発電開始時刻(又は日の出)から発電終了時刻(又は日の入り)までに亘って快晴である日を抽出する。以下、抽出(選択)された日を抽出日と称することがある。
 なお、発電開始時刻(又は日の出)から発電終了時刻(又は日の入り)までを単に終日と称し、発電開始時刻から発電終了時刻までに亘って快晴である日を終日快晴日と称することがある。
 図2(A)は、終日快晴日における発電電力の実測値についての時間推移(時刻依存性)を例示するグラフである。縦軸は、発電電力値をPCS3の定格電力で規格化した値(=[発電電力値]/[PCS3の定格電力])であり、横軸は時刻を示す。
 図2(B)は、発電電力の実測値の時間依存性を再現する近似曲線(快晴発電カーブと称する。)を例示するグラフである。以下、発電電力及び発電量はPCS3の定格電力で規格化した値を用いる。なお、PCS3の定格電力とはPCS3が出力可能な最大の電力値である。
 発電電力(実測値)の時間依存性を示すグラフの形状から終日快晴日の抽出が可能である。例えば、図2(A)に示すように、発電電力(実測値)の時間依存性を示すグラフの形状が、全体的にはガウス分布に類似した形状であり、なだらかな曲線であることから、終日快晴日の発電電力のデータであると判断することができる。
 後述するように発電電力の値から自動で各時刻において快晴か否かの判定が可能であり、終日快晴であると判断された日を終日快晴日として抽出することが可能である。
 このような終日快晴日の抽出は、演算処理装置11が記憶装置12に保存されている過去の発電電力の実測値を順次読み出し、自動判定により終日快晴日であるか否かを判定することにより可能であり、終日快晴日であると判定した日は終日快晴日として記憶装置12に登録される。
 また、抽出する快晴日は、終日快晴日だけでなく、特定の時刻において部分的に快晴である日(部分快晴日と称す。)であってもよい。
 図3は、部分的に快晴である日の例を示す太陽電池2の発電電力の時刻依存性を示す。
 図3において、白矢印で示された時刻において、発電電力が大きく変動していることが理解できる。白矢印で示された時刻の発電電力は、快晴日の発電電力の時刻依存性から推定される発電電力から外れた値を示す。これらの時刻での発電電力値は、快晴日の発電電力を示すと判定される前後の発電電力値で線形補間し、快晴日の発電電力値として補正することができる。部分快晴日は、補間により終日快晴日に補正が可能となる。
 補間により終日快晴日に補正が可能な部分快晴日は、補間可能な部分快晴日として記憶装置12に登録することができる。
 または、補間により終日快晴日に補正が可能な部分快晴日は、発電電力のデータの外れた値を補間により修正し、修正後の発電電力のデータを終日快晴日として記憶装置12に登録してもよい。
 抽出した終日快晴日(又は終日快晴日に補正可能な部分快晴日)の発電電力(実測値)の時間依存性を、所定の連続関数(F(t):tは時間)により近似して終日快晴日の発電カーブ(快晴発電カーブと称す。)を得る。得られた快晴発電カーブは、終日快晴である日の発電電力の時刻依存性を示すこととなる。
 発電電力を再現する連続関数(F(t))は、発電電力(実測値)の時間依存性から例えば最小二乗法等の回帰分析により得ることができる。
 所定の関数として例えば、図2(B)に示すように、時間の進行する順にA領域、B領域、C領域の3つの領域に区分し、A領域の始まり時刻を発電開始時刻、C領域の終了時刻を発電終了時刻とし、さらにC領域の近似関数をA領域の関数の反転(軸対称)とする。
A領域とB領域との境界、B領域とC領域との境界において、近似関数が連続に接続される。
 発電開始時と発電終了時の情報を含ませること、及びA領域とC領域の関数を互いに軸対称な関係とすることで、近似関数を決定するパラメータ数を少なくすることができる。
すなわち、少ないパラメータにより快晴発電カーブを再現することが可能となる。
 具体的な関数として、例えば、A領域及びC領域において三角関数、B領域において二次関数の組み合わせを用いることができる。
 発電開始時刻(発電電力が0より大きくなり始めた時刻)をTs、発電終了時刻(発電電力が減少し0となる時刻)をTeとし、A領域及びC領域の時間をγとする。時刻をtとすると、A領域はTs≦t≦Ts+γ、C領域はTe-γ≦t≦Teの範囲となり、A領域及びC領域での近似式として、以下の関数を採用することができる。
A領域:dF(t)/dt=α*sin(2π(t-Ts)/β)  ・・・(式1)
C領域:dF(t)/dt=α*sin(2π(Te-t)/β)  ・・・(式2)
ここで、dF(t)/dtはF(t)の時間による1階微分を意味する。
 B領域において近似関数は時刻tの二次関数とし、tの二次の項の係数を負とし、A領域とB領域との境目(t=Ts+γ)においてA領域の近似式と滑らかに連続し、B領域とC領域の境目(t=Te-γ)においてC領域の近似式と滑らかに連続する。
なお、滑らかに連続するとは、少なくとも1階微分まで連続であることを意味する。
 B領域の近似式を決定する二次関数は、太陽電池2が発電している時間の中央(t=(Ts+Te)/2)において最大となり、パラメータα、β、及びγにより一意に確定する。
 なお、発電開始時刻及び発電終了時刻は、日付と緯度及び経度とから定まる日の出・日の入り時刻に設定することができる。ただし、太陽電池2の周囲の地形や地物の影響を考慮し修正することも可能である。
 発電電力の実測値に基づいて快晴発電カーブを取得するため、快晴発電カーブを再現する連続関数は、太陽電池2のI-V特性、太陽電池2の出力を制御するPCS3の性能の影響等を含むこととなる。
 なお、快晴発電カーブを近似する関数形は上記に限定するものではなく、適宜設定することが可能である。ただし、上記のように対称性を有する関数を用いることで、少ないパラメータを用いて快晴発電カーブを再現することができ、快晴発電カーブの経時的なトレンド解析が容易となる。
 また、発電電力データから得られる快晴発電カーブが複雑な形状を示す場合、普遍性定理によりニューラルネットワークによって近似式を得ることも可能である。
ステップ3:快晴日の1日の総発電量の一年間の推移を示す年間推移曲線を得る。
 ステップ2で得られた複数の日の快晴発電カーブから各時刻の発電電力を積算し、それぞれの日の1日の総発電量(快晴日総発電量と称す。)を算出し、快晴日総発電量の1年間の推移(年間推移曲線と称す。)を得る。
 図4は、快晴日総発電量の年間推移(日依存性)を示し、さらに快晴日総発電量の年間推移を近似する年間推移曲線を示すグラフである。縦軸は発電量、横軸は時間(日)である。
 図4に示す各点は快晴日総発電量を示し、実線は年間推移曲線を示す。図4は、終日快晴日に限定されず部分快晴日の快晴発電カーブにより求めた快晴日総発電量を含む。快晴日総発電量は、各点の日付(τ)においてF(t)を発電開始時刻Tsから発電終了時刻Teまで積分した値である。
 なお、F(t)は、日付(τ)にも依存し、τとtの関数であるため、厳密にはF(t)=F(τ、t)である。
 図4の各点に示される快晴日総発電量の日依存性を再現する近似関数(年間推移近似関数G(τ))を回帰分析により取得する。ここでτは日である。
年間推移曲線は、関数G(τ)により表すことができる。
 関数G(τ)は、例えば2つの周期関数の組み合わせから構成してもよい。
 具体的な関数として、例えば式3に示すように、一年を周期とする周期関数と半年を周期とする周期関数との線形結合により年間推移曲線を構成してもよい。
G(τ)=a*sin(2π*(τ-b)/365)+c*sin(2π*(τ-d)/182.5)+e   ・・・(式3)
 a、b、c、d、eはパラメータである。
 式3のように年間推移曲線を2つの異なる周期を有する関数の線形結合から構成される関数で近似することで、太陽の軌道の年間推移の影響や気候や地学的要因を反映することができる。
ステップ4:年間推移曲線に合わせて、快晴発電カーブをスケーリングし快晴発電モデル(Fm(t))を得る。
 各快晴発電カーブは、快晴日毎に求めたものであるため、各快晴発電カーブから算出された各快晴日総発電量の相互の関係において、ばらつきが生じることがある。
 快晴日総発電量は、なだらかに変化するものであるため、年間推移曲線に合わせて各快晴発電カーブに補正係数を乗じてスケーリングする。
 例えば、ステップ2において抽出された快晴日(抽出日と称す。)の快晴発電カーブを用いて積算した快晴日総発電量と、年間推移曲線から算出された総発電量(算出総発電量と称す。)が一致しない場合、快晴発電カーブに補正係数Cmを乗じて、快晴発電モデルを得る。抽出日(τ)における補正係数Cmは、以下により算出される。
Cm(τ)=[算出総発電量]/[快晴日総発電量]
     =G(τ)/∫F(τ、t)       ・・・(式4)
 なお、Cmは、時刻(t)に依存しないという意味においては定数であるが、抽出日(τ)毎に決定される(Cm=Cm(τ))。そのため、Cm(τ)は日(τ)の関数である。
 抽出日(τ)の快晴発電カーブに、算出された補正係数Cmを乗じて、快晴発電モデル(Fm(τ、t))を得ることができる。
Fm(τ、t)=Cm(τ)xF(τ、t) ・・・(式5)
ステップ5:1年間の全ての快晴発電モデルを得る。
 抽出日以外の快晴発電モデルを得るために、抽出日以外の快晴発電モデルは、過去データにおいて、快晴発電モデルを生成する日(快晴発電モデル生成対象日(τ))の直近の前の抽出日(τ1;ただしτ1<τ)及び直近の後の抽出日(τ2;ただしτ2>τ)の快晴発電モデル(すなわち、Fm(τ1、t)及びFm(τ2、t))を補間して生成される。例えば補間方法として、例えば線形補間を採用する。
 補間された快晴発電モデルをFm’(τ、t)とし、例として線形補間を採用した場合、Fm’(τ、t)は以下のとおり。
Fm’(τ、t)=Fm(τ1、t)+{(τ-τ1)/(τ2-τ1)}×{Fm(τ2、t)-Fm(τ1、t)} ・・・(式6)
 なお、補間により得られた快晴発電モデル生成対象日(τ)の快晴発電モデルFm’(τ、t)が、年間推移曲線に合致するように、補正係数Cm’(τ)を算出し、Fm’(τ、t)をスケーリングしてもよい。
 補正係数Cm’(τ)は、ステップ4と同様に以下の式で算出可能である。
Cm’(τ)=[算出総発電量]/[補間された快晴発電モデルの総発電量])
      =G(τ)/∫Fm’(τ、t)  ・・・(式7)
 快晴発電モデル生成対象日(τ)の快晴発電モデルFm(τ、t)は以下のとおり算出できる。
Fm(τ、t)=Cm’(τ)×Fm’(τ、t) ・・・(式8)
 なお、補間された快晴発電モデルをFm’(τ、t)としFm(τ、t)と区別して表すのは、理解を容易にするためである。
 以上により、1年間の全ての日の快晴発電モデルを得ることができる。生成された全ての快晴発電モデルは、日付及び時刻とともに記憶装置12に保存される。
 快晴発電モデルは、快晴日のパワーコンディショナ3から出力された発電電力の実測値をベースに年間推移を反映した発電電力の時刻依存性を示す。そのため、年間の日射量の変化だけでなく、気温等の気候の影響を含み、さらに太陽電池2及びパワーコンディショナ3の特性を総合的に反映することができる。
 なお、過去データにおいて、快晴発電モデルを生成する日(快晴発電モデル生成対象日(τ))の前及び後の抽出日がなく、快晴発電モデル生成対象日(τ)の前又は後の抽出日(τ1又はτ2)の一方のみがある場合、その快晴発電モデル生成対象日の快晴発電モデルを、直近の前又は後の抽出日の快晴発電モデルを採用する。ただしこの場合、年間推移曲線に合うように、直近の快晴発電モデルを用いて計算した補正係数Cm’を直近の快晴発電モデルに乗じて算出してもよい。
Cm’=[算出総発電量]/[直近の快晴発電モデルの総発電量] ・・・(式9)
 例えばτ1又はτ2の一方をτkとすると、
Cm’(τ)=G(τ)/∫Fm(τk、t)  ・・・(式10)
となり、快晴発電モデル生成対象日(τ)の快晴発電モデルFm(τ、t)は以下のとおり算出できる。
Fm(τ、t)=Cm’(τ)×Fm(τk、t)  ・・・(式11)
 さらに、その快晴発電モデル生成対象日の発電開始時刻と発電終了時刻を再現するため、発電開始時刻と発電終了時刻を緯度及び経度から算出し、前記の定数倍して得られた快晴発電モデルに対して、時間軸をスケーリングし(発電時間を縮小又は拡大し)てもよい。
 例えば、快晴発電モデル生成対象日の日の出と日の入りから算出された発電開始時刻がT1i、発電終了時刻がT1eであり、直近の抽出日の発電開始時刻がT0i、発電終了時刻がT0eである場合、発電開始時刻と発電終了時刻の中央の時刻を中心に抽出日の快晴発電モデルの発電時間をスケーリング((T0e-T0i)/(T1e-T1i)倍)してもよい。例えば、発電開始時刻と発電終了時刻の中央の時刻Tc=(T1e+T1s)/2とすると、以下の式12により補正可能である。
Fm(τ、t)=Cm’(τ)×Fm(τk、Tc+α×(t-Tc))・・・(式12)
 なお、上記の補間により求めた快晴発電モデルFm(τ、t)に対しても、快晴発電モデル生成対象日の発電開始時刻と発電終了時刻を再現するため、以下に示すように時間のスケーリング(又は調整)を行ってもよい。
Fm(τ、t)=Cm’(τ)×Fm’(τ、Tc+α×(t-Tc))・・・(式13)
ステップ6:各天気に応じた天気係数を算出する。
 各天気(雲量)での実測発電量と快晴発電モデルとを比較し、各時刻における雲量での実測発電電力と快晴発電モデルの発電電力との比の平均値を天気係数(Rw)と定義し、各雲量に対する天気係数を算出する。発電電力予測装置1は、雲量に対応させて天気係数を記憶装置12に保存する。
Rw(雲量)=<[実測発電電力]/[快晴発電モデルの発電電力]>・・・(式14)
ここで、< >は平均値を示す。
平均は、例えば各時刻で得られた複数の比の算術平均である。
 なお、上記のとおり、該当時刻の雲量はインターネット4から入手し、記憶装置12に予め保存されている天気データを使用することができる。
 天気係数は、雲量毎に決定され、快晴発電モデルの発電電力から雲量に対応した発電電力を算出することを可能にする。
 以下に示すように、雲量は、例えば5段階で設定することができる。
 レベル1:雲量10%以下(快晴に相当する)
 レベル2:雲量11%以上~25%以下
 レベル3:雲量26%以上~50%以下
 レベル4:雲量51%以上~84%以下
 レベル5:雲量85%以上~100%以下
天気係数RwはレベルLに依存した関数Rw(L)として決定される。
 なお、Rw(L)は、記憶装置12に保存された各日付の発電電力の実測値から算出可能であるため、雲量Lに応じて得られた複数の比の平均値により算出される。
Rw(L)=<[実測発電電力]/[快晴発電モデルの発電電力]>・・・(式15)
ここで、< >は平均値を示す。
ステップ7:予測対象日の発電電力を予測する。
 発電電力予測装置1は、太陽電池2が設置されている地区の予測対象日の天気予報をインターネット4から入手する。天気予報は、予測対象日(τ)の時刻(t)毎の雲量(L)についての予報を含む。
 発電電力予測装置1は、予測対象日の日付(τ)に対応した快晴発電モデル(Fm(τ、t))及び天気係数(Rw(L))を記憶装置12から読み出し、時刻(t)毎に、雲量に対応した天気係数を快晴発電モデルの発電電力に乗じて、発電電力を算出し、発電電力の予測値である予測発電電力(Pf(τ、t))を得る。
 以下に示すように、予測発電電力(Pf(τ、t))は時刻(t)毎に発電電力を予測することができ、予測された発電電力の時間依存性を提供する。
Pf(τ、t)=Rw(L)×Fm(τ、t) ・・・(式16)
 以上のステップ1からステップ7により、発電電力予測装置1は、予測対象日(τ)の各時刻(t)毎に予測発電電力Pf(τ、t)を得ることができる。
 上記ステップ1~ステップ7をこの順に実行するプログラムは記憶装置12に保存されており、演算処理装置11は、保存されたプログラムに従って発電電力の予測を実行する。
 演算処理装置11は、予測対象日の発電電力を表示装置13に出力することが可能であり、また外部のコンピュータ等の制御装置に出力するよう構成してもよい。
 なお、記憶装置12の形態は特に限定されず、演算処理装置11に内蔵されてもよく、外部に設けられてもよい。
 また、上記ステップを実行する発電電力予測装置1の形態は既述のように種々の態様を取り得る。
 なお、上記ステップ1~ステップ7までの処理を、全て自動で処理を実行することも可能であるが、上記ステップの一部又は各ステップにおいて作業者が介在し、結果等を確認しながら、上記ステップ1~ステップ7を順に実行してもよい。処理の実行において、人的操作を排除するものではない。
 発電予測装置1は、既存の太陽光発電システムに組み込むことが可能である。そのため、太陽光発電電力を予測可能な太陽光発電システム100を容易に構築することができる。
(実施形態2)
 上記ステップ2において、抽出日(抽出する快晴日)は、終日快晴日の他に、終日快晴日に補正可能な部分快晴日を採用した。しかし、補間により終日快晴日に補正が可能でない部分快晴日であっても、抽出日として採用することができる。以下に説明するように、発電電力予測装置1は、記憶装置12に保存された発電電力のデータから、快晴カーブを算出可能な日を抽出して、快晴カーブを算出することが可能である。
 図5(A)は補間により終日快晴日に補正することができない部分快晴日の例を示し、図5(B)は、部分快晴日の発電電力の実測値を基に作成した快晴発電カーブの例を示す。
 図5(B)に示す快晴発電カーブF(t)は上記のように三角関数と二次関数を組み合わせ、発電時間の中央の時間軸に対して軸対称となる関数を採用している。
 図5(A)において、時間帯(時間領域)A及び時間帯(時間領域)Bの発電電力値は快晴時の発電電力値と見なせるが、他の時間帯の発電電力値は5分程度の分単位で大きく増減しており、発電電力値を補間して快晴日の発電電力を得ることはできない。
 しかし、快晴である時間(快晴時間)が総発電時間(発電開始時刻から発電終了時刻までの時間)の所定の割合、例えば40%以上存在すれば、快晴と見なせる時間帯の発電電力の実測値のみを用い、快晴発電カーブを再現する関数を得ることができる。
 快晴発電カーブを算出可能な日が増加するため、年間推移曲線を構成するためのデータ点が増大し、予測の正確性が向上する効果が得られる。
 図5(A)に示す例においては、発電開始時刻は6時46分であり発電終了時刻は17時23分であり、総発電時間は637分である。快晴と見なせる時間帯A及び時間帯Bはそれぞれ126分及び148分であり合計274分となり、総快晴時間は総発電時間の43%となる。
 時間帯A及び時間帯B以外の発電電力値を排除し、時間帯A及び時間帯Bの発電電力値のみを用いて回帰分析を行った結果を図5(B)に示す。図5(B)に示すように、補間により終日快晴日に補正することができない部分快晴日であっても、快晴カーブ計算可能日であれば快晴発電カーブを得ることができる。
 なお、終日快晴日、補間により終日快晴日に補正可能な電力を得られる日及び終日快晴日に補正困難であるが部分的に快晴日と同等の発電電力を所定時間以上得られる日を、快晴カーブ計算可能日と称することがある。
 発電電力予測装置1の演算処理装置11は、記憶装置12に日毎に保存された発電電力から、記憶装置12に保存された各日が快晴カーブ計算可能日であるか否かについて自動的に判別することができる。
 以下、快晴カーブ計算可能日の自動判別方法について説明する。
 快晴カーブ計算可能日の自動判別のため、図5(A)に示される発電電力のデータから、発電電力が分単位で大きく増減する時間帯は快晴でないと判断し、排除する必要がある。
 演算処理装置11は記憶装置12に保存された発電電力のデータを読み出し、所定の時間間隔ΔT(例えば5分)を定め、所定の時間間隔に対する依存性から各時刻が快晴か否かを判定する。
 演算処理装置11は、以下の判定プロセスを開始時刻Tsから順に各時刻tに対して実行することができる。
判定プロセス1:
 時刻tから時刻t+ΔTまでの発電電力の合計変動量(|P(t)-P(t+∂t)|+|P(t+∂t)-P(t+2∂t)|+・・・+|P(t+ΔT-∂t)-P(t+ΔT)|)が一定以上ならば快晴でないと判断(判定)する。
 なお、P(t)は時刻tでの発電電力、∂tは発電電力P(t)の測定時間間隔(又は実測値の出力時間間隔)、||は絶対値を示す。
判定プロセス2:
 時刻tから時刻t+ΔTまでの発電電力の積算値が両隣のΔTの発電電力の積算値より小さい、すなわち時刻t-ΔTから時刻tまでの発電電力の積算値より小さく、且つ時刻t+ΔTから時刻t+2ΔTまでの発電電力の積算値より小さければ快晴でないと判断(判定)する。
判定プロセス3:
 時刻tから時刻t+ΔTまでの発電電力の積算値が、前後15日間の時刻tから時刻t+ΔTまでの、発電電力の積算値の平均未満ならば、快晴でないと判定する。
 演算処理装置11は、上記判定プロセス1、2、3を実行し、1つでも快晴でないと判定された場合、時刻tは快晴でないと判断(判定)する。
 なお、判定プロセス1、2、3の実行順は任意であり、限定されない。
 演算処理装置11は、上記判定プロセスにより快晴でないと判断された時刻を、発電時間(発電開始時刻から終了時刻まで)から排除し、排除した残りの時間を、快晴と判断する。
 演算処理装置11は快晴と判断した時間の総和を算出する。演算処理装置11は快晴と判断した時間の総和が発電時間の所定の時間割合(例えば40%)以上である日を快晴カーブ計算可能日と認定し、記憶装置12に快晴カーブ計算可能日として登録するとともに、その快晴カーブ計算可能日の快晴と判断した時間を登録することができる。
 発電電力予測装置1の演算処理装置11は、記憶装置12に保存された快晴カーブ計算可能日の発電電力の快晴と判断された時間の実測値のみを用いて、回帰分析をし、快晴発電カーブを得ることができる。
(実施形態3)
 上記実施形態においては、天気係数は雲量に依存して決定した。天気係数は、さらに季節や時間帯に依存して変化するよう定義してもよい。例えば太陽電池2に照射される日射量は、雲量以外に大気中の水蒸気量も影響するものと考えられ、気温や湿度の影響も受けるものと考えられる。
 そのため、天気係数は、月毎に各天気に応じて算出し、発電電力予測装置1の記憶装置12に記録し、予測対象日の月に応じて天気係数を選択して、天気予報の雲量と合わせて発電電力を予測してもよい。
 また、太陽電池2の向きに依存して、太陽光が直接入射する成分(直達成分)と雲により散乱された太陽光が入射する成分(散乱成分)の割合が変化する等により、天気係数は時刻にも依存する場合がある。
 そのため、天気係数は時刻毎、又は時間帯毎に算出し、発電電力予測装置1の記憶装置12に記録し、予測対象日の時刻に応じて天気係数を選択して、天気予報の雲量と合わせて発電電力を予測してもよい。
 天気係数(Rw)を月毎に定義する場合、天気係数(Rw)を月毎に式14、又は式15に従って算出し、平均値を決定することができる。
天気係数(Rw)は月(M)と雲量(L)に依存するため
Rw(L)=Rw(M、L)  ・・・(式17)
と表すことができる。
 また、Rw(M、L)において、複数月ごと、例えば3ヶ月毎に設定し、季節毎に設定してもよい。図4に示すように年間推移は2つの極大と2つの極小を有することになるため、これらの極大、極小を含むように季節を設定してもよい。
 また、天気係数(Rw)を時間帯毎に定義する場合、例えば、発電時間(発電開始時刻から終了時刻まで)を複数の時間区分、例えば3区分に分割して決定することができる。 分割は発電時間を例えば等分割することができる。また、例えば発電電力を再現する連続関数F(t)を上記例のように3種の関数で構成し、図2(B)に示すようにA領域、B領域、C領域の3つの領域に分割してもよい。
 発電時間の時間区分毎に定義する場合、天気係数(Rw)を時間区分毎に式14、又は式15に従って算出し、平均値を決定することができる。
天気係数(Rw)は時間区分(J)と雲量(L)に依存するため
Rw(L)=Rw(J、L)  ・・・(式18)
と表すことができる。
 なお、月毎、時間区分毎に天気係数(Rw)を定義する場合、各月(M)毎及び時間区分(J)毎に式15に従って得られた値を平均化して天気係数(Rw)を求めることができる。
 この場合、天気係数(Rw)は、雲量(L)の他に月(M)及び時間区分(J)に依存するため、
Rw(L)=Rw(M、J、L)  ・・・(式19)
と表すことができる。
 このように、天気係数(Rw)を月、季節又は時刻に依存する関数として定義することで、さらに細やかな発電電力の予測が可能となる。
(実施形態4)
 太陽光発電システム100は、総発電量を向上させるため、太陽電池2を過積載とすることがある。このような構成では、例えば日射量が大きい正午近傍では、太陽電池2から出力可能な発電電力がPCS3の定格容量より大きくなることがある。
 上記例に示されるように、太陽電池2から出力される発電電力がPCS3の定格電力によって制限されることがある。なお、発電電力がPCS3の定格電力によって制限され、それ以上の発電電力が出力されない状態をピークカットと称する。
 ピークカットが発生した場合、PCS3から出力される発電電力は、PCS3の定格電力に等しくなる。
 以下では、ピークカットが生じる場合の太陽光発電システム100の発電予測について説明する。
 本実施形態においては、実施形態1の発電予測方法に対して以下のステップに変更を加える。
ステップ2:
 上記ステップ2の工程において、抽出した快晴日の発電電力データについて、所定の時間間隔、例えば1分毎にピークカットが発生しているか否かを判定し、ピークカットが発生している時刻は快晴時刻から除外し、ピークカットが発生していない時刻から快晴発電カーブを算出する。
 ピークカットが発生したか否かは、PCS3から出力される発電電力の値がPCS3の定格出力(定格電力)と同じであるか否かを判定することにより判定する。
 除外されていない残りの時刻、すなわちPCS3から出力される発電電力の値がPCS3の定格出力以下である時刻の発電電力を再現する近似関数を、最小二乗法等の回帰分析により求め、快晴発電カーブを得る。
 なお、例えばPCS3の制御の特性等の影響によりピークカットが発生した際の発電電力は、定格出力より低い値で変動する場合がある。この場合、PCS3から出力される発電電力の値は、必ずしもPCS3の定格出力と全く同じとはならない。PCS3から出力される発電電力の値が、定格出力付近、すなわち定格出力との差が所定の範囲内(例えば定格出力の5%以内)であり、所定の時間以上(例えば10分以上)連続して、所定の範囲に収まるときに、ピークカットが発生したと判定してもよい。
 従って、PCS3から出力される発電電力の値がPCS3の定格出力と実質に同等であるか否かを判定する。なお、実質的に同等であるとは、同じ又は差が所定の範囲内であることを意味する。
ステップ7:
 上記ステップ7の工程において、発電電力予測装置1は、予測対象日(τ)の各時刻(t)毎に予測された予測発電電力Pf(τ、t)とPCS3の定格出力とを比較し、最小値を、その時刻における発電電力の予測値である予測発電電力として採用する。
Pf(τ、t)=min(Pf(τ、t)、[PCS3の定格出力])・・・(式20)
 なお、式20において”min”は最小値を出力する関数である。Pf(τ、t)とPCS3の定格出力が同じ値であれば、その値を出力する。
(実施形態5)
 予測対象日に実測した発電電力又は実測した発電電力の積算値である発電量と、予測した発電電力又は予測した発電電力の積算値である発電量との比較により、予測対象日以降の予測発電電力を補正することが可能である。
 それにより、発電電力の予測の精度を、さらに向上させることができる。
補正方法1:
 予測対象日において、実測した発電量と予測した発電量とを比較し、その比を発電量補正比率(Rp)として算出する。
Rp=[実測した発電量]/[予測した発電量]  ・・・(式21)
 得られた発電量補正比率を予測発電電力に乗じて、その後の(予測対象日以降の)予測発電電力を修正する。
 例えば、予測対象日X月Y日の実測の発電量と予測発電電力を積算した発電量とから発電量補正比率を算出し、予測発電電力に発電量補正比率を乗じることでX月Y+1日以降の予測発電電力を補正する。
 なお、発電量補正比率は記憶装置12に保存してもよい。
 また、予測対象日X月Y日が快晴カーブ計算可能日であれば、実測された発電電力のデータから快晴発電カーブを求め、式21において[実測した発電量]の代わりに快晴発電カーブの積算値を使用し、[予測した発電量]の代わりにX月Y日の予測された快晴発電モデルの積算値を使用してもよい。
 得られたRpを用いて、予測対象日以降の快晴発電モデルを補正し、補正後の快晴発電モデルを記憶装置12に保存してもよい。
 なお、Rpにより快晴モデルを補正することができるため、快晴モデル補正比率と称す。
補正方法2:
 予測対象日において、発電開始後にさらに発電電力を調整することも可能である。
すなわち、予測対象日より前に予測した時刻毎の発電電力を、発電開始後に得られた発電電力の実測値により補正してもよい。
 予測対象日の発電開始後の所定の時間において快晴であれば、その快晴である時間の実測した発電電力の積算値と予測された発電電力の積算値とを比較し、その比(=[実測した発電電力の積算値]/[予測された発電電力の積算値])を発電電力補正比率Rpとして算出し、予測された発電電力に補正比率を乗じて、上記所定の時刻以降の予測発電電力を修正する。
 例えば、発電開始時刻が時刻Aであり、時刻Aから時刻Bまでの間は快晴であり、時刻Aから時刻Bまでの発電電力の実測値を積算した積算値と、予測した発電電力を積算した積算値とから発電電力補正比率Rpを算出する。算出された発電電力補正比率Rpを時刻B以降の予測発電電力に乗じて、予測発電電力を補正する。
補正方法3:
 天気係数を補正することも可能である。予測対象日の各時刻において、発電電力の実測値と、インターネットを介して天気観測データ、例えば雲量を得ることができる。
 そのため、式14により天気係数Rwを算出し、随時更新することが可能である。
なお、算出された天気係数Rwは、月毎、時間区分毎に定義された天気係数Rwとして更新してもよい。
 本発明によれば、日射量計を使用することなく、過去の発電電力のデータと天気情報、及び予測日の天気予報から、太陽光発電の発電電力を予測することができる発電システムを提供することができる。既存の太陽光発電システムを活用することが可能であり、産業上の利用可能性は高い。
100 太陽光発電システム
1 発電電力予測装置
 11 演算処理装置
 12 記憶装置
 13 表示装置
 14 入力装置
2 太陽電池
3 パワーコンディショナ
4 インターネット

Claims (8)

  1.  太陽電池及びパワーコンディショナを含む太陽光発電システムに対する発電電力の予測方法であって、
     発電電力の予測対象日前の少なくとも1年間の前記パワーコンディショナを介して出力された前記太陽電池の発電データと天気データとを関連付けた過去データを保存する第1のステップと、
     前記過去データから選択された日の発電電力値から快晴発電カーブを得る第2のステップと、
     前記快晴発電カーブを積算して得られた総発電量の年間推移を示す年間推移曲線を得る第3のステップと、
     前記年間推移曲線に合わせて前記快晴発電カーブをスケーリングし快晴発電モデルを得る第4のステップと、
     前記快晴発電モデルを1年間の全ての日に対して得る第5のステップと、
     各天気に応じた天気係数を得る第6のステップと、
     予測対象日の天気予報を入手し、予測対象日の前記快晴発電モデルと前記天気係数とから前記パワーコンディショナから出力される発電電力を予測する第7のステップとをこの順に実行することを特徴とする発電電力の予測方法。
  2.  前記快晴発電カーブは発電時間の中央の時間軸に対して軸対称となる関数により表されることを特徴とする請求項1記載の発電電力の予測方法。
  3.  前記第2のステップにおいて、前記抽出日は、総発電時間に対して総快晴時間が40%以上であることを特徴とする請求項1又は2記載の発電電力の予測方法。
  4.  前記天気係数は時刻毎又は月毎に定義されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の発電電力の予測方法。
  5. 前記ステップ2において、
    前記発電電力予測装置は、
    発電電力値が前記パワーコンディショナの定格出力以下となる時刻の発電電力値に基づいて前記快晴発電カーブを求め、
     前記ステップ7において、時刻毎に前記快晴発電モデルと前記天気係数とから算出された前記予測発電電力と前記定格出力との最小値をその時刻の前記予測発電電力として採用することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の発電電力の予測方法。
  6.  予測対象日に実測した前記パワーコンディショナから出力される発電電力と、予測発電電力との比較により、予測対象日以降の予測発電電力を補正することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の発電電力の予測方法。
  7.  太陽電池とパワーコンディショナと発電電力予測装置とを備える太陽光発電システムであって、
     前記発電電力予測装置は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の予測方法を実行することを特徴とする太陽光発電システム。
  8.  太陽電池とパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムに対して、その発電電力を予測するための発電電力予測装置であり、
     演算処理装置と記憶装置とを備え、
     前記演算処理装置は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の予測方法を実行することを特徴とする発電電力予測装置。
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