JP2011130584A - 発電計画作成方法および発電計画作成システム - Google Patents

Abstract

【課題】再生可能エネルギーを利用した発電設備を電力系統に連系した際に、発電電力の不確定性を考慮しつつ、再生可能エネルギーを利用した発電設備以外の発電設備の運用コストを考慮した発電計画を具体的に作成する。
【解決手段】負荷電力の予測（ステップＳ１）、および再生可能エネルギー利用発電電力の予測（ステップＳ２）の予測誤差を算出する（ステップＳ３）と、この予測誤差に基づいて供給電力シナリオを作成し（ステップＳ４）、コスト優先発電計画作成（ステップＳ５）、需給バランス優先発電計画作成（ステップＳ６）を行って発電計画出力（ステップＳ７）を行う発電計画作成方法である。
【選択図】図３

Description

本発明は、発電計画作成方法および発電計画作成システムに関する。

たとえば、独立した電力系統となっている離島では、発電設備を運転するための燃料輸送費が高く、発電コストが高いという課題を抱えている。このため、離島においては、従来の内燃力を利用した発電設備に加えて、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーを大量導入し、発電コストを低減しようという機運が高まっている。

しかし、これらの再生可能エネルギー利用の発電量は天候に支配されるので、出力が不安定（不確定）であるという技術的課題がある。
電力系統においては発電電力と負荷電力の需給バランスは釣り合っていなければならないが、発電出力が不安定である再生可能エネルギーを利用した発電設備を電力系統と連系すると、発電電力と負荷電力の需給バランスが崩れてしまい、電圧変動や周波数変動により、最悪の場合は電力系統が停止してしまう事態に陥る。

上述のような事態を避けるために、従来の再生可能エネルギーを利用した発電設備が連系されていない電力系統においては、過去の気象条件から負荷電力の予測を行い、その負荷電力予測値と発電すべき電力が等しくなるように発電設備の出力電力を各発電設備に割り振るという発電計画が行われている。

この時、各発電設備の発電出力は発電設備の運用コスト（燃料コスト、起動コスト）が最も小さくなるように割り振りが行われる。すなわち、電力の需給バランスを崩すことが無いように発電設備の運用計画を作成し、電力系統が停止してしまうという事態に陥らないようにしている。

電力系統に再生可能エネルギーを利用した発電設備が連系されていても発電計画を作成することの必要性は変わらない。
従来の再生可能エネルギーを利用した発電設備が連系された電力系統の発電計画作成方法としては、特許文献１に開示された技術が挙げられる。この特許文献１では、気象予測誤差と、再生可能エネルギーの発電出力予測誤差を用いて、事業者の経済的損失を予測するとともに、再生可能エネルギーを利用した発電装置以外の発電装置の発電割合を変更するという方法がとられている。

特開２００８−２２５６４６号公報

しかし従来方法では、以下のようないくつかの技術的課題がある。
すなわち、再生可能エネルギーを利用した発電装置以外の発電装置の具体的な発電計画作成方法が示されていない。また、再生可能エネルギーを利用した発電装置以外の発電装置の運用コストが考慮されていない。さらに発電電力と負荷電力の需給バランスが考慮されていない。

本発明の目的は、発電電力が不確定な再生可能エネルギーを利用した発電設備を電力系
統に連系した際に、発電電力の不確定性を考慮しつつ、再生可能エネルギーを利用した発電設備以外の発電設備の運用コストを考慮した発電計画を具体的に作成することにある。

本発明の第１の観点は、内燃力発電設備および再生可能エネルギー利用発電設備と、前記内燃力発電設備および前記再生可能エネルギー利用発電設備の少なくとも一方の電力を消費する負荷設備とを含む電力系統における発電計画作成方法であって、
系統内の前記負荷設備が消費する負荷電力を予測するステップと、
前記再生可能エネルギー利用発電設備から得られる再生可能エネルギー利用発電電力を予測するステップと、
前記負荷電力および前記再生可能エネルギー利用発電電力の各々について、予測値と実績値を用いて予測誤差を算出するステップと、
前記予測誤差を用いて前記負荷設備に経時的に供給すべき電力を示す供給電力シナリオを作成するステップと、
前記供給電力シナリオを用いて前記内燃力発電設備の発電計画を作成するステップと、
作成された前記発電計画を出力するステップと、
を含む発電計画作成方法を提供する。

本発明の第２の観点は、内燃力発電設備および再生可能エネルギー利用発電設備と、前記内燃力発電設備および前記再生可能エネルギー利用発電設備の少なくとも一方の電力を消費する負荷設備とを含む電力系統における発電計画作成システムであって、
系統内の前記負荷設備が消費する負荷電力を予測する負荷予測部と、
前記再生可能エネルギー利用発電設備から得られる再生可能エネルギー利用発電電力を予測する再生可能エネルギー利用発電電力予測部と、
前記負荷電力および前記再生可能エネルギー利用発電電力の各々について、予測値と実績値を用いて予測誤差を算出する予測誤差算出部と、
前記予測誤差を用いて前記負荷設備に経時的に供給すべき電力を示す供給電力シナリオを作成する供給電力シナリオ作成部と、
前記供給電力シナリオを用いて前記内燃力発電設備の発電計画を作成する発電計画作成部と、
作成された前記発電計画を出力する発電計画出力部と、
を含む発電計画作成システムを提供する。

本発明によれば、発電電力が不確定な再生可能エネルギーを利用した発電設備を電力系統に連系した際に、発電電力の不確定性を考慮しつつ、再生可能エネルギーを利用した発電設備以外の発電設備の運用コストを考慮した発電計画を具体的に作成することができる。

本発明の一実施の形態である発電計画作成方法および発電計画作成システムが適用される電力系統の構成の一例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成方法を実施する発電計画作成システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成方法および発電計画作成システムの作用の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムによる負荷電力の予測例を示す線図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムにおける再生可能エネルギー利用発電電力の予測例を示す線図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムにおける供給電力シナリオ作成処理の詳細の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムによる供給電力シナリオ０の計算結果例を示す線図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムにおける予測値の誤差評価の一例を示す線図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムによる供給電力シナリオ１の計算結果例を示す線図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムによる供給電力シナリオ２の計算結果例を示す線図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムによって作成された３つの供給電力シナリオの計算結果例を示す線図である。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムにおける需給バランス優先発電計画作成処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態である発電計画作成システムにて作成される発電計画の一例を示す概念図である。

本実施の形態では、たとえば、内燃力発電設備、太陽光発電設備または風力発電設備などの再生可能エネルギー利用発電設備、負荷設備で構成される電力系統、特に特定の狭い地域にて電力の発生、消費を行うマイクログリッドにおいて、太陽光発電設備における日射量変動、風力発電設備における風速変動等による再生可能エネルギー変動、及び需要家の負荷変動に対して、内燃力発電設備によりその変動を吸収するための内燃力発電設備の発電計画作成技術を例示する。

本実施の形態の第１態様では、内燃力発電設備、太陽光発電設備または風力発電設備などの再生可能エネルギーを利用した発電設備、負荷設備で構成される電力系統において、系統内の負荷電力を予測する負荷予測部と、再生可能エネルギーを利用した発電機の発電電力を予測する再生可能エネルギー利用発電電力予測部と、負荷電力と再生可能エネルギーを利用した発電機の発電電力の予測値と実績値を用いて誤差を分析する予測誤差算出部と、予測誤差を用いて負荷に経時的に供給すべき電力を示す供給電力シナリオを作成する供給電力シナリオ作成部と、経時的に供給すべき電力を示す供給電力シナリオを用いて内燃力発電設備の発電計画を作成する発電計画作成部と、作成された発電計画を出力する発電計画出力部を備える。

また、第２態様では、第１態様の発電計画作成部に、コスト優先発電計画作成部と、需給バランス優先発電計画作成部を備える。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態である発電計画作成方法および発電計画作成システムが適用される電力系統の構成の一例を示す概念図である。
図２は、本発明の一実施の形態である発電計画作成方法を実施する発電計画作成システムの構成の一例を示すブロック図である。

図１に例示されるように、本実施の形態の電力系統１００は、送電網１４０を介して、内燃力発電設備１１０、再生可能エネルギー利用発電設備１２０および負荷設備１３０が接続された構成となっている。

図１において、Ｇａ^１，Ｇａ^２，…Ｇａ^ｎは、出力電力を調整可能な内燃力発電設備１１０であり、本実施の形態における発電計画作成システム１７０による発電計画の作成対
象となる発電設備である。

Ｇｂ^１，Ｇｂ^２，…Ｇｂ^ｎは、再生可能エネルギーを利用した発電設備であり、太陽光発電設備や風力発電設備などがこれにあたる。
なお、再生可能エネルギー利用発電設備１２０としては、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用するものに限らず、再生可能な生物資源や廃棄物の燃焼エネルギー等を利用して発電する発電設備も含まれる。

これらの再生可能エネルギー利用発電設備１２０の出力電力は天候等に支配されるので、出力が不安定（不確定）である。
また、Ｌ^１，Ｌ^２，…Ｌ^ｎは、電力を消費する負荷設備１３０である。

内燃力発電設備１１０、再生可能エネルギー利用発電設備１２０、負荷設備１３０は電力ケーブル１４１（図１中の実線）を介して電力系統に連系されている。
また、これらの内燃力発電設備１１０、再生可能エネルギー利用発電設備１２０、負荷設備１３０は通信ケーブル１５１（図１中の点線）にて通信ネットワーク１５０に接続されている。

さらに、本実施の形態の場合、通信ネットワーク１５０には、気象サーバ１６０、発電計画作成システム１７０、需給制御システム１８０が接続されている。
本実施の形態の発電計画作成システム１７０は、気象サーバ１６０から気象予報１６１を取得し、再生可能エネルギー利用発電設備１２０で発生する発電電力と、負荷で消費する電力を予測する。また、発電計画作成システム１７０は、通信ネットワーク１５０を介して内燃力発電設備１１０、再生可能エネルギー利用発電設備１２０、負荷設備１３０の電力計測値（実績値）を取得する。

これらの予測値、実績値を用いて発電計画作成システム１７０は内燃力発電設備１１０の発電計画を作成することになる。
なお、発電計画を作成する時間間隔は通常、３０分おき、或いは１時間おきとなるが、この時間間隔は任意に設定することが可能である。

また、発電計画を作成する時間範囲は、通常、１日分、或いは１週間分であるが、計画を作成する時間範囲についても任意に設定することが可能である。
さらに発電計画作成システム１７０によって作成された内燃力発電設備１１０の発電計画は、通信ネットワーク１５０を介して需給制御システム１８０および各内燃力発電設備１１０へ送信される。

図２に例示されるように、本実施の形態の発電計画作成システム１７０は、負荷電力予測部１７１、再生可能エネルギー利用発電電力予測部１７２、予測誤差算出部１７３、供給電力シナリオ作成部１７４、発電計画作成部１７５、発電計画出力部１７８と、負荷ＤＢ１９１、気象ＤＢ１９２、再生可能エネルギー利用発電電力ＤＢ１９３、発電機ＤＢ１９４を備えている。

なお、発電計画作成システム１７０は、たとえば、コンピュータシステムで実現され、その場合、負荷電力予測部１７１、再生可能エネルギー利用発電電力予測部１７２、予測誤差算出部１７３、供給電力シナリオ作成部１７４、発電計画作成部１７５、発電計画出力部１７８の後述のような処理機能は、図示しない中央処理装置によって実行されるコンピュータプログラムとして実現される。

また、負荷ＤＢ１９１〜発電機ＤＢ１９４の各々のデータベースは、発電計画作成シス
テム１７０の外部に設けられたデータベースシステムで構成してもよいし、発電計画作成システム１７０を構成するコンピュータシステムに備えられた記憶装置で実現してもよい。

本実施の形態の発電計画作成システム１７０において、負荷電力予測部１７１は、気象サーバ１６０から送信される現在の気象予報１６１を取得するとともに、負荷ＤＢ１９１に蓄積されている負荷電力の過去の実績値１３１および気象ＤＢ１９２に蓄積されている過去の気象実績１６２を参照して、負荷電力の予測を行う。

なお、負荷電力の実績値１３１は各負荷設備１３０に設置されている図示しない電力計測装置から通信ネットワーク１５０を介して負荷ＤＢ１９１に蓄積される。
また、過去の気象実績１６２は、気象サーバ１６０から通信ネットワーク１５０を介して気象ＤＢ１９２に蓄積される。

負荷電力の予測方法としては、パターンマッチングを用いて、現在の気象予報１６１と類似した過去の気象実績日を抽出し、抽出された日の負荷電力の実績値１３１を用いる方法、気象実績１６２と負荷電力の実績値１３１の関係を、ニューラルネットワークを用いてモデル化し、そのニューラルネットワークに現在の気象予報１６１を入力して負荷電力を予測する方法などを用いる。負荷電力の予測値１３２は負荷ＤＢ１９１に蓄積される。

再生可能エネルギー利用発電電力予測部１７２は、気象サーバ１６０から送信される現在の気象予報１６１を取得するとともに、再生可能エネルギー利用発電電力ＤＢ１９３に蓄積されている再生可能エネルギー利用発電電力の過去の実績値１２１および気象ＤＢ１９２に蓄積されている過去の気象実績１６２を参照して、再生可能エネルギー利用発電電力の予測を行う。

なお、再生可能エネルギー利用発電電力の実績値１２１は各再生可能エネルギー利用発電設備１２０に設置されている図示しない電力計測装置から通信ネットワーク１５０を介して再生可能エネルギー利用発電電力ＤＢ１９３に蓄積される。

再生可能エネルギー利用発電電力の予測方法としては、負荷電力の予測と同じく、パターンマッチングを用いる方法、ニューラルネットワークを用いる方法などを用いる。再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２は再生可能エネルギー利用発電電力ＤＢ１９３に蓄積される。

予測誤差算出部１７３は、負荷電力および再生可能エネルギー利用発電電力について、それぞれ、過去の予測値と実績値を用いて、負荷電力の予測誤差の統計指標１３３と、再生可能エネルギー利用発電電力の予測誤差の統計指標１２３を算出する。算出する統計指標１３３，１２３は、たとえば、平均値、標準偏差などである。

供給電力シナリオ作成部１７４は、負荷電力の予測値１３２と誤差（統計指標１３３）および再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２と誤差（統計指標１２３）を用いて、各時間断面にて供給すべき電力のシナリオを作成する。

なお、供給すべき電力とは、負荷電力から再生可能エネルギー利用発電電力を引いた値のことであり、内燃力発電設備１１０にて供給する電力のことを意味する。
作成される供給電力シナリオは、最低限必要となる供給電力シナリオ（供給電力シナリオ１とする）、最大限必要となる供給電力シナリオ（供給電力シナリオ２とする）の２つのシナリオである。

本実施の形態の供給電力シナリオ１の意味合いは、負荷電力の実績値１３１に対して予測値１３２が大きく上側に外れ（実績値１３１が予測値１３２に対して小さい）、かつ、再生可能エネルギー利用発電電力の実績値１２１に対して予測値１２２が大きく下側に外れた場合（実績値１２１が予測値１２２に対して大きい）である。

また、本実施の形態の供給電力シナリオ２の意味合いは、負荷電力の実績値１３１に対して予測値１３２が大きく下側に外れ（実績値１３１が予測値１３２に対して大きい）、かつ、再生可能エネルギー利用発電電力の実績値１２１に対して予測値１２２が大きく上側に外れた場合（実績値１２１が予測値１２２に対して小さい）である。

供給電力シナリオ１および供給電力シナリオ２の詳細は後述する。
発電計画作成部１７５は、供給電力シナリオ作成部１７４にて作成された２つの供給電力シナリオに対して、内燃力発電設備１１０が発電すべき発電計画を作成する。

本実施の形態の場合、一例として、発電計画作成部１７５はコスト優先発電計画作成部１７６と、需給バランス優先発電計画作成部１７７の２つに分けられる。
コスト優先発電計画作成部１７６は供給電力シナリオ１に対して供給すべき電力を、内燃力発電設備１１０の発電コストを優先して計画を作成する。

需給バランス優先発電計画作成部１７７は、供給電力シナリオ１と供給電力シナリオ２の差分電力を取り、この差分電力に対して供給すべき電力を、内燃力発電設備１１０の追従性を優先して計画を作成する。

なお、発電計画作成部１７５は発電計画を作成する際に、発電機ＤＢ１９４の情報を参照する。
本実施の形態の場合、一例として、発電機ＤＢ１９４は、発電計画を作成するために必要となる情報、すなわち、各内燃力発電設備１１０の定格電力、出力上下限、出力変化率上下限、最小連続停止時間、最小連続運転時間、燃料費特性、追従性順位、等の情報が格納されている。

発電計画出力部１７８は、発電計画作成部１７５にて算出された発電計画を、通信ネットワーク１５０を介して各内燃力発電設備１１０の制御部に送信するとともに、需給制御システム１８０にも送信する。

需給制御システム１８０はこの発電計画をベースにして、個々の内燃力発電設備１１０のリアルタイム制御を行うことになる。
なお、発電計画出力部１７８から発電計画を可視化して表示し、この発電計画を作業者が閲覧して手動操作や半自動操作で個々の内燃力発電設備１１０の稼働させることもできる。

以下、本実施の形態の発電計画作成方法および発電計画作成システムの作用の一例を説明する。
図３は、本実施の形態の発電計画作成方法および発電計画作成システムの作用の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１では、負荷電力予測部１７１にて負荷電力の予測を行う。負荷電力予測部１７１は、気象サーバ１６０から送信される現在の気象予報１６１、負荷ＤＢ１９１に蓄積されている負荷電力の過去の実績値１３１、気象ＤＢ１９２に蓄積されている過去の気象実績１６２を参照して、負荷電力の予測を行う。

負荷電力の予測方法としては、パターンマッチングを用いて、現在の気象予報１６１と類似した過去の気象実績日を抽出し、抽出された日の負荷電力の実績値１３１を用いる方法、気象実績１６２と負荷電力の実績値１３１の関係を、ニューラルネットワークを用いてモデル化し、そのニューラルネットワークに現在の気象予測を入力して負荷電力を予測する方法などを用いる。

図４は、本実施の形態の発電計画作成システムによる負荷電力の予測例を示す線図である。
なお、負荷電力の予測値１３２は、発電計画を作成する任意の時間範囲（例えば１日）の任意の時間間隔（例えば１時間）にて予測を行う。時間範囲を１日、時間間隔を１時間とした場合の負荷電力の予測例を図４に示す。

ステップＳ２では、再生可能エネルギー利用発電電力予測部１７２にて再生可能エネルギー利用発電電力の予測を行う。
図５は、本実施の形態の発電計画作成システムにおける再生可能エネルギー利用発電電力の予測例を示す線図である。

再生可能エネルギー利用発電電力予測部１７２は、気象サーバ１６０から送信される現在の気象予報１６１、再生可能エネルギー利用発電電力ＤＢ１９３に蓄積されている再生可能エネルギー利用発電電力の過去の実績値１２１、気象ＤＢ１９２に蓄積されている過去の気象実績１６２を参照して、再生可能エネルギー利用発電電力の予測を行う。

再生可能エネルギー利用発電電力の予測方法としては、負荷電力の予測と同じく、パターンマッチングを用いる方法、ニューラルネットワークを用いる方法などを用いる。
なお、再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２は、負荷電力の予測値１３２と同じ時間範囲（例えば１日）、時間間隔（例えば１時間）にて予測を行う。時間範囲を１日、時間間隔を１時間とした場合の再生可能エネルギー利用発電電力の予測例を図５に示す。

ステップＳ３では、負荷ＤＢ１９１および再生可能エネルギー利用発電電力ＤＢ１９３に蓄積されている、負荷電力の予測値１３２と実績値１３１、および再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２と実績値１２１を用いて、予測誤差算出部１７３にて負荷電力および再生可能エネルギー利用発電電力の予測誤差の平均値および標準偏差を算出する。

予測誤差の平均値および標準偏差の計算方法は、負荷電力および再生可能エネルギー利用発電電力で同じである。予測誤差の平均値および標準偏差は、負荷電力予測、再生可能エネルギー利用発電電力予測と同じ時間範囲（例えば１日）、時間間隔（例えば１時間）にて算出することになる。

ここで、時刻ｔにおける予測誤差の平均値および標準偏差を求める際の予測値と実績値の組がｎ個あると仮定する。まず、予測誤差を（１）式のように定義する。

ただし、（１）式において、
ＥＲ_ｔ，ｄ：時刻ｔ，データｄにおける予測誤差（％）、
ｆ_ｔ，ｄ：時刻ｔ，データｄにおける予測値（ｋＷ）、
ａ_ｔ，ｄ：時刻ｔ，データｄにおける実績値（ｋＷ）、
である。

この（１）式から、実績値に対して予測値が小さければ、予測誤差はマイナスの値に、実績値に対して予測値が大きければ、予測誤差はプラスの値になる。
時刻ｔにおける予測誤差の平均値および予測誤差の標準偏差を（２）式、（３）式を用いて求める。

ただし、この（２）式、（３）式において、
Ａｖｅ（ＥＲ_ｔ）：時刻ｔにおける予測誤差の平均値（％）、
Ｓｔｄ（ＥＲ_ｔ）：時刻ｔにおける予測誤差の標準偏差（％）、
である。

この（２）式、（３）式にて予測誤差の平均値および標準偏差を計算した結果例を表１に示す。

ステップＳ４では、ステップＳ１で作成された負荷電力の予測値１３２、ステップＳ２で作成された再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２、およびステップＳ３で作成された負荷電力および再生可能エネルギー利用発電電力の予測誤差の平均値および標準偏差を用いて、内燃力発電設備１１０にて供給すべき供給電力のシナリオの作成を行う。

図６は、本発明の一実施の形態である発電計画作成システムにおける供給電力シナリオ作成処理の詳細の一例を示すフローチャートである。図６は、図３のステップＳ４の詳細の一例を示している。

図７は、本発明の一実施の形態である発電計画作成システムによる供給電力シナリオ０の計算結果例を示す線図である。
まず、ステップＳ４−１では、供給電力シナリオ０（第１供給電流シナリオ）を作成する。

本実施の形態において、供給電力シナリオ０とは、負荷電力と再生可能エネルギー利用発電電力が予測値通りになったと仮定して、内燃力発電設備１１０が供給すべき電力、すなわち、負荷電力の予測値１３２から再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２を引いた電力について、時間断面ごとに求めたものである。

表２に時間断面ごとの負荷電力の予測値１３２と再生可能エネルギー利用発電電力の予
測値１２２、および負荷電力の予測値１３２から再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２を引いた供給電力シナリオ０の計算例を示す。

すなわち、表２において、時間断面ごとに、負荷電力予測値（表２のＡ列）から再生可能エネルギー利用発電電力予測値（表２のＢ列）を引いたものが供給電力シナリオ０（表２のＣ列）となる。図７に供給電力シナリオ０を示す。

次に、ステップＳ４−２では、供給電力シナリオ１（第２供給電流シナリオ）を作成する。供給電力シナリオ１とは、内燃力発電設備１１０にて供給すべき必要最小限の電力を時間断面ごとに求めたものである。

この供給電力シナリオ１は、負荷電力の実績値１３１に対して予測値１３２が大きく上側に外れ（実績値１３１が予測値１３２に対して小さい）、かつ、再生可能エネルギー利用発電電力の実績値１２１に対して予測値１２２が大きく下側に外れた場合（実績値１２１が予測値１２２に対して大きい）を仮定した供給電力シナリオである。

通常、実績値に対する予測値の誤差評価としては、予測値の予測誤差の平均値をｘ，予測誤差の標準偏差をσとすると、ｘ±ｎ・σ（ｎは任意の正の実数）を用いる。この様子を図８に示す。

図８は、本実施の形態の発電計画作成システムにおける予測値の誤差評価の一例を示す線図である。
図８において、縦軸は度数を、横軸は予測値の誤差の大きさを表しており、予測誤差の分布が正規分布に従っているものと仮定する。またｘは予測誤差の平均値を、σは予測誤差の標準偏差を示している。

このような仮定の元で、予測誤差がある区間に入る確率は以下のように表されることが知られている。
予測誤差が区間（ｘ−σ、ｘ＋σ）の間に入る確率は０．６３８
予測誤差が区間（ｘ−２σ、ｘ＋２σ）の間に入る確率は０．９５４
予測誤差が区間（ｘ−３σ、ｘ＋３σ）の間に入る確率は０．９９７
このようにして、予測値の誤差評価を行うことができる。

この考え方を供給電力シナリオ１の作成に用いる。すなわち、実績値に対して予測値が大きく上側に外れた場合には、予測値は最大で以下の誤差を持っていると仮定する（下限誤差）。

下限誤差＝予測値×（ｘ−ｎ・σ）
同様に、実績値に対して予測値が大きく下側に外れた場合には、予測値は最大で以下の誤差を持っていると仮定する（上限誤差）。

上限誤差＝予測値×（ｘ＋ｎ・σ）
ここで、ｎは任意の正の実数であり、上下限誤差の確からしさ（確率）を勘案して発電計画作成システム１７０の管理者が設定すべき値である。

最終的に、予測値に対する下限、上限は以下のようにして求められる。
予測値の下限＝予測値＋下限誤差
予測値の上限＝予測値＋上限誤差
供給電力シナリオ１では、負荷電力については予測値１３２の下限を、再生可能エネルギー利用発電電力については予測値１２２の上限を使用し、負荷電力の予測値１３２の下限から再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２の上限を引くことで、時間断面ごとの供給電力を求めることになる。

図９は、本実施の形態の発電計画作成システムによる供給電力シナリオ１の計算結果例を示す線図である。
上下限誤差の計算にて、ｎ＝２（誤差がｘ−２σとｘ＋２σの間に入る確率が０．９５４）の場合の、負荷電力の予測値１３２の下限計算結果例を表３に、再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２の上限計算結果例を表４に、供給電力シナリオ１の供給電力計算結果例を表５に示す。

さらに、図９に供給電力シナリオ１の計算結果例を図示する。

次に、ステップＳ４−３では、供給電力シナリオ２（第３供給電流シナリオ）を作成する。本実施の形態の供給電力シナリオ２とは、内燃力発電設備１１０にて供給すべき最大の電力を時間断面ごとに求めたものである。

この供給電力シナリオ２は、負荷電力の実績値１３１に対して予測値１３２が大きく下側に外れ（実績値１３１が予測値１３２に対して大きい）、かつ、再生可能エネルギー利用発電電力の実績値１２１に対して予測値１２２が大きく上側に外れた場合（実績値１２１が予測値１２２に対して小さい）を仮定した供給電力シナリオである。

このステップＳ４−３では、上述のステップＳ４−２と逆の操作を行う。すなわち、負荷電力については予測値１３２の上限を、再生可能エネルギー利用発電電力については予測値１２２の下限を使用し、負荷電力の予測値１３２の上限から再生可能エネルギー利用発電電力の予測値１２２の下限を引くことで、時間断面ごとの供給電力を求めることになる。

図１０は、本実施の形態の発電計画作成システムによる供給電力シナリオ２の計算結果例を示す線図である。
図１１は、本実施の形態の発電計画作成システムによって作成された３つの供給電力シナリオの計算結果例を示す線図である。

上下限誤差の計算にて、ｎ＝２（誤差がｘ−２σとｘ＋２σの間に入る確率が０．９５４）の場合の、負荷電力予測値の上限計算結果例を表６に、再生可能エネルギー利用発電電力の下限計算結果例を表７に、供給電力シナリオ２の供給電力計算結果例を表８に示す。さらに、図１０に供給電力シナリオ２の計算結果例を示す。

以上、ステップＳ４にて作成された３つの供給電力シナリオをまとめて図１１に図示する。

次に、図３に戻って、ステップＳ５では、ステップＳ４にて作成された供給電力シナリオ１に対して、内燃力発電設備１１０の発電コストを優先させて発電計画を作成する。
以下に、本実施の形態の発電計画作成システム１７０において、発電コストを優先させて発電計画を作成する場合の問題の定式化の一例を例示する。
（１）目的関数
次の（４）式は、目的関数の一例を示している。

ただし、（４）式において、
ＣＯＳＴ_１：供給電力シナリオ１の供給電力に対し内燃力発電設備１１０で電力供給した際の発電コスト、
Ｐ_ｉ，ｔ：発電機ｉの時刻ｔにおける発電出力、
ａ_ｉ，ｂ_ｉ，ｃ_ｉ：発電機ｉの燃料費特性の係数、
ｕ_ｉ，ｔ：発電機ｉの時刻ｔにおける起動停止変数（０：停止、１：運転）、
Δｕ_ｉ：発電機ｉの起動の有無（０：起動なし、１：起動あり）、
Ｋ_ｉ：発電機ｉの起動費、
である。
（２）制約条件
（２−１）需給バランス制約
次の（５）式は、需給バランス制約条件の一例を示している。

ただし、（５）式において、Ｌ１_ｔ：時刻ｔにおいて供給電力シナリオ１で供給すべき電力、である。

（２−２）発電機出力上下限制約
次の（６）式は、発電機出力上下限制約条件の一例を示している。

ただし、（６）式において、
ｐ_ｉ ^ｍｉｎ：発電機ｉの出力下限値、
ｐ_ｉ ^ｍａｘ：発電機ｉの出力上限値、
である。

（２−３）発電機出力変化率上下限制約
次の（７）式は、発電機出力変化率上下限制約条件の一例を示している。

ただし、（７）式において、
Δｐ_ｉ ^{ｄｏｗｎｍａｘ}：発電機ｉの下降側最大変化率、
Δｐ_ｉ ^{ｕｐｍａｘ}：発電機ｉの上昇側最大変化率、
である。

（２−４）発電機の最小連続停止時間制約
次の（８）式は、発電機の最小連続停止時間制約条件の一例を示している。

ただし、（８）式において、ｍｉｎｔ_ｉ：発電機ｉの最小連続停止時間、である。

（２−５）発電機の最小連続運転時間制約
次の（９）式は、発電機の最小連続運転時間制約条件の一例を示している。

ただし、（９）式において、ｍｉｎｒ_ｉ：発電機ｉの最小連続運転時間、である。

なお、本問題の解法としては、メタヒューリスティク手法を用いることができる。具体的には、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）とその改良手法、シミュレーティッドアニーリング（ＳＡ）とその改良手法、タブサーチ（以下ＴＳと記す）とその改良手法およびＰａｒｔｉｃｌｅ Ｓｗａｒｍ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（以下ＰＳＯと記す）とその改良手法などが用いることができる。

すなわち、本実施の形態では、発電計画作成部１７５のコスト優先発電計画作成部１７６は、上述の問題解決のアルゴリズムにて、コスト優先による後述の発電計画２００を作成する。

次に、ステップＳ６では、ステップＳ４にて作成した供給電力シナリオ１と供給電力シナリオ２の差分電力を取り、この差分電力に対して供給すべき電力を計画する。
なお、供給電力シナリオ１と供給電力シナリオ２の差分電力の意味合いは、負荷電力の予測誤差や再生可能エネルギー利用発電電力の予測誤差から、内燃力発電設備１１０が発電しなければならなくなる可能性がある電力であり、このために、内燃力発電設備１１０の起動停止を決定することが、このステップＳ６の目的となる。

このステップＳ６における詳細の一例を図１２に示す。
図１２は、本実施の形態の発電計画作成システムにおける需給バランス優先発電計画作成処理の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ６−１では、各時間断面にて供給電力シナリオ１と供給電力シナリオ２の差分電力を求める。
次にステップＳ６−２では、ステップＳ６−１にて求めた各時間断面の差分電力が、ステップＳ５にて求めた起動している発電機にて電力供給可能か否かを調べる。

電力供給できる場合（ステップＳ６−２でＹｅｓの場合）は、ステップＳ６−５に進み、発電機起動停止計画を出力して終了となる。この場合は、ステップＳ５にて起動した発電機以外の発電機は全て停止という計画を出力することになる。

一方、電力供給できない場合（ステップＳ６−２でＮｏの場合）は、ステップＳ６−３に進み、ステップＳ５にて求めた起動していない（停止している）発電機で、かつ、起動順位が最も高い一つの発電機を起動する。

ここで、起動順位は、図２に示した発電計画作成システム１７０の構成の中で、発電機ＤＢ１９４に格納されている情報であり、個々の内燃力発電設備１１０の追従性を勘案して、システムの管理者が予め設定しておくデータである。

次に、ステップＳ６−４に進み、ステップＳ６−３にて起動設定した発電機にて、時間断面ごとの差分電力が供給できるか否かを調べる。
電力供給できる場合（ステップＳ６−４でＹｅｓの場合）は、ステップＳ６−５に進み、発電機起動停止計画を出力して終了となる。この場合は、ステップＳ５にて起動した発電機以外の起動順位が最も高い１つの発電機を起動するという計画を出力することになる
。

電力供給できない場合（ステップＳ６−４でＮｏの場合）は、ステップＳ６−３に戻り、さらに起動する発電機を１台増やし、ステップＳ６−４に進んで、時間断面ごとの差分電力が供給できるか否かを調べる。

以上の処理について、全ての時間断面について差分電力の供給を行えるまで繰返し、最終的にステップＳ６−５に進んで発電機起動停止計画を出力して、ステップＳ６での処理を終了する。

次に、図３に戻って、ステップＳ７では、ステップＳ５とステップＳ６にて作成した発電計画を合わせて出力し、通信ネットワーク１５０を介して各内燃力発電設備１１０の図示しない制御部に送信するとともに、需給制御システム１８０にも送信する。

需給制御システム１８０はこの発電計画をベースにして、個々の内燃力発電設備１１０のリアルタイム制御を行うことになる。
図１３は、本実施の形態の発電計画作成システム１７０におけるコスト優先発電計画作成部１７６および需給バランス優先発電計画作成部１７７の各々から出力される発電計画の一例を示す概念図である。

この発電計画２００では、横軸に時間が１時間単位で設定され、縦軸には内燃力発電設備１１０を構成するＧａ^１，Ｇａ^２，…Ｇａ^ｎが設定されている。
そして、個々の発電機Ｇａ^ｎの各時間帯に設定される“◎”は、当該発電機Ｇａ^ｎをその時間帯で起動することを示し、空白は、停止を意味している。

そして、需給制御システム１８０は、この発電計画２００を参照して、内燃力発電設備１１０を構成するＧａ^１，Ｇａ^２，…Ｇａ^ｎの各々の各時間帯における起動／停止を制御する。

この発電計画２００を作業者が閲覧して内燃力発電設備１１０を構成するＧａ^１，Ｇａ^２，…Ｇａ^ｎの各々の各時間帯における起動／停止を制御することも可能である。
以上説明したように、本発明の実施の形態の発電計画作成方法および発電計画作成システムを用いれば、発電電力が不確定な再生可能エネルギーを利用した再生可能エネルギー利用発電設備１２０を、電力系統１００に連系した際に、発電電力の不確定性を考慮しつつ、再生可能エネルギーを利用した発電機以外の内燃力発電設備１１０等の運用コストを考慮した発電計画を具体的に作成することができる。

換言すれば、電力系統１００における送電停止等の障害を発生させることなく、効率よく、再生可能エネルギー利用発電設備１２０と内燃力発電設備１１０を併用した負荷設備１３０への安定な電力供給を実現することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１００ 電力系統
１１０ 内燃力発電設備
１２０ 再生可能エネルギー利用発電設備
１２１ 実績値
１２２ 予測値
１２３ 統計指標
１３０ 負荷設備
１３１ 実績値
１３２ 予測値
１３３ 統計指標
１４０ 送電網
１４１ 電力ケーブル
１５０ 通信ネットワーク
１５１ 通信ケーブル
１６０ 気象サーバ
１６１ 気象予報
１６２ 気象実績
１７０ 発電計画作成システム
１７１ 負荷電力予測部
１７２ 再生可能エネルギー利用発電電力予測部
１７３ 予測誤差算出部
１７４ 供給電力シナリオ作成部
１７５ 発電計画作成部
１７６ コスト優先発電計画作成部
１７７ 需給バランス優先発電計画作成部
１７８ 発電計画出力部
１８０ 需給制御システム
１９１ 負荷ＤＢ
１９２ 気象ＤＢ
１９３ 再生可能エネルギー利用発電電力ＤＢ
１９４ 発電機ＤＢ
２００ 発電計画

Claims (6)

1. 内燃力発電設備および再生可能エネルギー利用発電設備と、前記内燃力発電設備および前記再生可能エネルギー利用発電設備の少なくとも一方の電力を消費する負荷設備とを含む電力系統における発電計画作成方法であって、
   系統内の前記負荷設備が消費する負荷電力を予測するステップと、
   前記再生可能エネルギー利用発電設備から得られる再生可能エネルギー利用発電電力を予測するステップと、
   前記負荷電力および前記再生可能エネルギー利用発電電力の各々について、予測値と実績値を用いて予測誤差を算出するステップと、
   前記予測誤差を用いて前記負荷設備に経時的に供給すべき電力を示す供給電力シナリオを作成するステップと、
   前記供給電力シナリオを用いて前記内燃力発電設備の発電計画を作成するステップと、
   作成された前記発電計画を出力するステップと、
   を含むことを特徴とする発電計画作成方法。
2. 請求項１の発電計画作成方法において、
   前記発電計画を作成するステップは、コスト優先発電計画を作成するステップと、需給バランス優先発電計画を作成するステップとを含むことを特徴とする発電計画作成方法。
3. 請求項１の発電計画作成方法において、
   前記供給電力シナリオを作成するステップでは、
   前記負荷電力と前記再生可能エネルギー利用発電電力が予測値通りになったと仮定して、前記内燃力発電設備が供給すべき電力について、時間断面ごとに求めた第１供給電力シナリオと、
   前記負荷電力の前記実績値が前記予測値に対して小さく、かつ、前記再生可能エネルギー利用発電電力の前記が前記予測値に対して大きい場合に、前記内燃力発電設備が供給すべき電力について、時間断面ごとに求めた第２供給電力シナリオと、
   前記負荷電力の前記実績値が前記予測値に対して大きく、かつ、前記再生可能エネルギー利用発電電力の前記実績値が前記予測値に対して小さい場合に、前記内燃力発電設備が供給すべき電力について、時間断面ごとに求めた第３供給電力シナリオと、
   を作成することを特徴とする発電計画作成方法。
4. 内燃力発電設備および再生可能エネルギー利用発電設備と、前記内燃力発電設備および前記再生可能エネルギー利用発電設備の少なくとも一方の電力を消費する負荷設備とを含む電力系統における発電計画作成システムであって、
   系統内の前記負荷設備が消費する負荷電力を予測する負荷予測部と、
   前記再生可能エネルギー利用発電設備から得られる再生可能エネルギー利用発電電力を予測する再生可能エネルギー利用発電電力予測部と、
   前記負荷電力および前記再生可能エネルギー利用発電電力の各々について、予測値と実績値を用いて予測誤差を算出する予測誤差算出部と、
   前記予測誤差を用いて前記負荷設備に経時的に供給すべき電力を示す供給電力シナリオを作成する供給電力シナリオ作成部と、
   前記供給電力シナリオを用いて前記内燃力発電設備の発電計画を作成する発電計画作成部と、
   作成された前記発電計画を出力する発電計画出力部と、
   を含むことを特徴とする発電計画作成システム。
5. 請求項４の発電計画作成システムにおいて、
   前記発電計画作成部は、コスト優先発電計画作成部と、需給バランス優先発電計画作成
   部とを含むことを特徴とする発電計画作成システム。
6. 請求項４の発電計画作成システムにおいて、
   前記供給電力シナリオ作成部では、
   前記負荷電力と前記再生可能エネルギー利用発電電力が予測値通りになったと仮定して、前記内燃力発電設備が供給すべき電力について、時間断面ごとに求めた第１供給電力シナリオと、
   前記負荷電力の前記実績値が前記予測値に対して小さく、かつ、前記再生可能エネルギー利用発電電力の前記が前記予測値に対して大きい場合に、前記内燃力発電設備が供給すべき電力について、時間断面ごとに求めた第２供給電力シナリオと、
   前記負荷電力の前記実績値が前記予測値に対して大きく、かつ、前記再生可能エネルギー利用発電電力の前記実績値が前記予測値に対して小さい場合に、前記内燃力発電設備が供給すべき電力について、時間断面ごとに求めた第３供給電力シナリオと、
   を作成することを特徴とする発電計画作成システム。