(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統母線に接続される太陽光発電装置と調整電源装置と蓄電装置とを備え、前記系統母線に接続される負荷に電力を供給する独立運用型の電力供給システムであって、
前記調整電源装置及び前記蓄電装置の制御装置のそれぞれは、
カレンダー情報と自端の計測情報とにより一意に定められる所定の分類条件のそれぞれに対して予め作成された、前記各装置の出力分担を定める基準運転パターン群が保持される記憶部と、
現在日時と現在の自端の計測情報とに該当する現在の分類条件に対する基準運転パターンを前記基準運転パターン群のなかから選択し、
当該選択した基準運転パターンによって定められる前記出力分担を前記現在の自端の計測情報を用いて補正することにより、自装置の制御対象装置の補正後の出力分担を算出し、当該算出した補正後の出力分担に基づいて当該制御対象装置の運転を制御する制御部と
を有することを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給システムにおいて、
前記調整電源装置及び前記蓄電装置のそれぞれは、日射量と外気温との計測手段を備え、
前記計測手段によって計測される日射量と外気温とを前記自端の計測情報として用いる
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項３】
系統母線に接続される太陽光発電装置と調整電源装置と蓄電装置とを備え、前記系統母線に接続される負荷に電力を供給する独立運用型の電力供給システムであって、
前記調整電源装置及び前記蓄電装置の制御装置のそれぞれは、
季節、外気温、日射量などを区分して組み合わせたそれぞれの分類条件に対して予め作成された、前記各装置の出力分担を定める基準運転パターン群が保持される記憶部と、
現在の季節の区分と、現在の自端の外気温及び日射量の計測情報とに該当する区分とを組み合わせた現在の分類条件に対する基準運転パターンを前記基準運転パターン群のなかから選択し、
当該選択した基準運転パターンによって定められる前記出力分担を前記現在の自端の外気温及び日射量の計測情報とを用いて補正することにより、自装置の制御対象装置の補正後の出力分担を算出し、当該算出した補正後の出力分担に基づいて当該制御対象装置の運転を制御する制御部と
を有することを特徴とする電力供給システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、
前記調整電源装置は、複数の調整電源を備え、
前記調整電源装置の前記制御装置は、前記補正後の出力分担に基づいて、ガバナーフリー運転する前記調整電源の台数を制御する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、
前記蓄電装置の前記制御装置は、自身が制御する蓄電池のＳＯＣレベルが所定の上限閾値よりも高い場合は、当該蓄電池のＳＯＣレベルを下げるように前記出力分担を補正し、自身が制御する蓄電池のＳＯＣレベルが所定の下限閾値よりも低い場合は、当該蓄電池のＳＯＣレベルを上げるように前記出力分担を補正する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、
前記調整電源装置及び前記蓄電装置の前記制御装置のそれぞれは、出力周波数を定格周波数に維持する手段を備え、
前記調整電源装置の前記制御装置は、所定のカットオフ周波数よりも低い成分の周波数偏差を補償し、前記蓄電装置の前記制御装置は、前記所定のカットオフ周波数よりも高い成分の周波数偏差を補償する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項７】
請求項６に記載の電力供給システムにおいて、
前記調整電源装置の前記制御装置は、前記蓄電装置の前記制御装置が補償すべき前記所定のカットオフ周波数よりも高い成分の周波数偏差が所定時間以上補償されない場合は、前記所定のカットオフ周波数よりも高い成分の周波数偏差をも含めた全ての周波数偏差を補償する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項８】
請求項６に記載の電力供給システムにおいて、
前記蓄電装置の前記制御装置は、前記調整電源装置の前記制御装置が補償すべき前記所定のカットオフ周波数よりも低い成分の周波数偏差が所定時間以上補償されない場合は、前記所定のカットオフ周波数よりも低い成分の周波数偏差をも含めた全ての周波数偏差を補償する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、
前記調整電源装置及び前記蓄電装置の前記制御装置のそれぞれは、
前記基準運転パターンの選択と前記出力分担の補正とを所定の周期で繰り返し実行する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の電力供給システムにおいて、
前記調整電源装置及び前記蓄電装置の前記制御装置のそれぞれの前記記憶部に予め保持される基準運転パターン群は、システムの安定運用に係る制約条件を満たしつつ、システムの運転コストを最小化する非線形最適化問題を解くことによって作成される
ことを特徴とする電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の太陽光発電システム、蓄電装置、調整用電源、負荷等で構成された独立運用型の電力系統において、系統内の周波数や電圧を維持しながら負荷に電力を供給するための効率的な制御・運用を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
温暖化や酸性雨をはじめとする地球規模の環境問題の顕在化、化石資源の枯渇、エネルギーセキュリティー確保等への対応策として、風力や太陽光といった自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した発電設備の導入が進んでいる。
【０００３】
特に熱帯地域における隔離地や過疎地などの電力系統未整備地域では、現状では主にディーゼルエンジン発電機等により電力が供給されている。しかしながら、地理的な条件から燃料輸送費が高く、高コストな電力供給システムとなっている。これらの地域の多くは日照条件がよく太陽光発電に適していることもあり、再生可能エネルギーを有効活用して経済性向上を図るとともに、低炭素社会の実現にも貢献可能な電力供給システムに対するニーズは高い。
【０００４】
これらのシステムは点在する電力需要に対して個別に電力を供給するものであり、比較的小規模なシステムとなる。また、電力系統インフラだけでなく通信インフラも未整備の場合が多いため、新たに通信設備を整備するとシステム全体のコストアップとなる。これらのシステムの普及のためには低コスト化が必須であり、通信設備を必要とする集中制御方式ではなく、通信設備を要せずに自端の情報だけを用いて自律的に制御・運用できるシステムが必要となる。
【０００５】
そこで、例えば特許文献１には、独立運用される電力系統に連系する複数の発電装置及び蓄電装置がそれぞれ周波数制御機能（ＡＦＣ：Automatic Frequency Control）を持ち、自端の情報と系統周波数に応じてＡＦＣの目標周波数を変更することで中央制御なしで運転する技術が開示されている。また、その際に発電効率の高い発電装置を優先的に運転する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２８６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１で開示されている従来技術は、発電効率の高い装置を優先的に運転するものであり、さらに経済性を向上させるためには、蓄電池のＳＯＣ（State Of Charge）管理や、発電装置の非線形な部分負荷効率あるいはメンテナンス費用に影響する要因等も含めて、コスト的に最適化された計画に基づいて運転する必要がある。一方、各装置の運転状態をリアルタイムに監視して最適運転計画を作成しながら運用する集中制御方式は、通信設備にコストを要するという問題がある。
【０００８】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、再生可能エネルギーを利用する独立運用型の電力供給システムにおいて、各発電装置及び蓄電装置が自端の情報を用いた運転を行いつつ、安定かつ経済性に優れた運用を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は概ね以下の構成を有することを特徴とする。
系統母線に接続される太陽光発電装置と調整電源装置と蓄電装置とを備え、前記系統母線に接続される負荷に電力を供給する独立運用型の電力供給システムであって、前記調整電源装置及び前記蓄電装置の制御装置のそれぞれが、カレンダー情報と自端の計測情報とにより一意に定められる所定の分類条件のそれぞれに対して予め作成された、前記各装置の出力分担を定める基準運転パターン群が保持される記憶部と、現在日時と現在の自端の計測情報とに該当する現在の分類条件に対する基準運転パターンを前記基準運転パターン群のなかから選択し、当該選択した基準運転パターンによって定められる前記出力分担を前記現在の自端の計測情報を用いて補正することにより、自装置の制御対象装置の補正後の出力分担を算出し、当該算出した補正後の出力分担に基づいて当該制御対象装置の運転を制御する制御部とを有するものとした。
【００１０】
また、前記調整電源装置及び前記蓄電装置には、日射量と外気温との計測手段を備え、当該計測手段によって計測される日射量と外気温とを前記自端の計測情報として用いるものとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、再生可能エネルギーを利用する独立運用型の電力供給システムにおいて、各発電装置及び蓄電装置が自端の情報を用いた運転を行いつつ、安定かつ経済性に優れた運用を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態をなす独立運用型電力供給システムの概略構成例である。
【図２】独立運用型電力供給システムを構成する太陽光発電装置、調整電源装置、及び蓄電装置の一般的な運用の考え方を模式的に表したものである。
【図３】本実施形態に係る調整電源制御装置の機能ブロック図である。
【図４】本実施形態に係る蓄電装置制御装置の機能ブロック図である。
【図５】調整電源制御装置における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】日射量フラグ及び気温フラグの定義を模式的に表した図である。
【図７】制御装置に保持される基準運転パターンの分類表を例示した図である。
【図８】蓄電装置制御装置における制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】基準運転パターン群の作成処理の手順を例示したフローチャートである。
【図１０】作成される最適な基準運転パターンの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態をなす独立運用型電力供給システムの概略構成例である。なお、図１においては、独立運用型電力供給システムの構成要素として本発明の説明に必要な最小限のものを記載している。
【００１４】
図１に示すように、独立運用型電力供給システム１０は、再生可能エネルギーを利用して特定の地域に電力を供給するための独立運用型の電力供給システムであり、太陽光発電装置３と、調整電源装置４と、蓄電装置５とが、それぞれ連系用受電設備３３Ａ，４３Ａ，５３Ａ等を介して系統母線である電力線１に接続されており、これら各装置から同じく電力線１に接続されている負荷２Ａ，２Ｂ等に電力を供給する。太陽光発電装置３は、日射条件に応じて発電出力が大きく変動するので、雨天時等に不足電力を補うために、ディーゼル発電機、ガスエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機、あるいは燃料電池等の発電出力を制御可能な複数の発電装置（調整電源）を有してなる調整電源装置４が設置され、また太陽光発電装置３の昼間の余剰電力を充電し、これを夜間に放電して有効利用するために、蓄電池等の電力貯蔵装置を有してなる蓄電装置５が設置される。ここで、太陽光発電装置３、調整電源装置４、及び蓄電装置５は、特定のエリア内に集中して設置されている必要はない。ちなみに、独立運用型電力供給システム１０は、電力系統未整備地域に好適に適用されるが、設置場所は特に限定されない。
【００１５】
太陽光発電装置３は、複数の太陽光発電パネル群３１Ａ，３１Ｂ，・・・と、それらで発電された直流電力を交流電力に変換しこれを制御するとともに電力線１に接続するための連系保護機能を備えた連系用電力変換器３２Ａ，３２Ｂ，・・・と、変圧器や開閉器等からなる連系用受電設備３３Ａ，３３Ｂ，・・・と、連系用電力変換器３２Ａ，３２Ｂ等で行う制御・保護に用いる自端の電圧・電流検出装置（図示せず）とを備えて構成される。太陽光発電パネル群３１Ａ，３１Ｂ等は特定エリア内に集中設置されている必要はなく、また一点で電力線１に連系されている必要もない。すなわち、これらは分散配置され、それぞれの設置場所において電力線１に連系されていてもよい。
【００１６】
調整電源装置４は、ディーゼル発電機、ガスエンジン発電機、マイクロガスタービン発電機、あるいは燃料電池等の発電出力を制御可能な発電装置である調整電源４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，・・・と、これら調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等を電力線１に接続するための変圧器や開閉器等からなる連系用受電設備４３Ａ〜４３Ｃ等と、調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等を制御する調整電源制御装置４４と、この調整電源制御装置４４で行う制御に用いる自端の電圧・電流検出装置（図示せず）に加え、日射量や外気温を計測する手段からなる運転状態推定用計測装置４５とを備えて構成される。調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等には、それぞれ調整電源制御装置４４からの制御指令と自端の電圧・電流検出装置（図示せず）の計測情報とに基づいて、周波数及び電圧を適正範囲に維持するために有効・無効電力を制御する機能を有する制御ユニット４１１Ａ〜４１１Ｃ等が接続されている。なお、調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等の台数は、電力供給の対象となる負荷２Ａ，２Ｂ等の需要電力に応じて定められる。
【００１７】
蓄電装置５は、充電・放電によりシステム内の電力を調整する装置であり、蓄電池５１Ａ，５１Ｂ，・・・と、これら蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等により発生した直流電力を交流電力に変換しこれを制御するとともに電力線１に接続するための連系保護機能を備えた連系用電力変換器５２Ａ，５２Ｂ，・・・と、変圧器や開閉器等からなる連系用受電設備５３Ａ，５３Ｂ，・・・と、連系用電力変換器５２Ａ，５２Ｂ等で行う制御・保護に用いる自端の電圧・電流検出装置（図示せず）と、連系用電力変換器５２Ａ，５２Ｂ等に充放電電力や運転／停止情報などの制御指令を伝送する蓄電装置制御装置５４と、この蓄電装置制御装置５４で行う制御に用いる自端の電圧・電流検出装置（図示せず）に加え、日射量や外気温を計測する手段からなる運転状態推定用計測装置５５とを備えて構成される。連系用電力変換器５２Ａ，５２Ｂ等は、それぞれ蓄電装置制御装置５４からの制御指令と自端の電圧・電流検出装置（図示せず）の計測情報とに基づいて、周波数及び電圧を適正範囲に維持するために有効・無効電力を制御する機能を有する。蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等としては、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ナトリウム・硫黄電池、レドックスフロー電池などの二次電池を使用することができる。また、これらの電池は定期的にリフレッシュ充電を行う必要があることから、その間にも独立運用型電力供給システム１０が安定して電力を供給できるようにするために、少なくとも２組が独立して運用可能な構成とすることが好ましい。
【００１８】
独立運用型電力供給システム１０では、これら太陽光発電装置３、調整電源装置４、及び蓄電装置５は、通信線等で接続されておらず、互いに運転状態等のデータの授受を行うことなく、それぞれ無人（スタンドアロン）で運用される。図２は、独立運用型電力供給システム１０を構成する太陽光発電装置３、調整電源装置４、及び蓄電装置５の一般的な運用の考え方を模式的に表したものである。図２（ａ）は、太陽光発電装置３と蓄電装置５の出力の関係を、図２（ｂ）は、総需要に対する出力分担を表している。
【００１９】
太陽光発電装置３は、基本的には日射量により定まる発電電力を供給するものとし、出力制限は行わない。図２（ａ）に破線で記したグラフは、快晴で、太陽光発電装置３の出力が定格発電容量まで達した場合の出力変化を例示したものである。
【００２０】
蓄電装置５は、太陽光発電装置３の出力が所定の充放電切換容量Ｗｂを上回る昼間の時間帯は、上回った分の電力を系統母線（電力線１）を介して充電し、これを夜間の時間帯に系統母線へ向けて放電して負荷２Ａ，２Ｂ等に電力を供給する、いわゆるピークシフト運用を行う。これにより、太陽光発電装置３と蓄電装置５との両者によって、図２（ａ）に太い実線で記したグラフで示した合成出力が負荷に供給される。また、図２（ｂ）に示すように、右下方向の斜線を施した、総需要と太陽光発電装置３と蓄電装置５の合成出力との差に相当する部分の電力については、調整電源装置４がその出力を分担することになる。
【００２１】
図３は、本実施形態に係る調整電源制御装置４４の機能ブロック図である。図３に示すように、調整電源制御装置４４は、調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等に対する発電出力指令、起動／停止指令、運転モード変更指令等の制御指令を演算する制御演算装置４４１と、予め作成された独立運用型電力供給システム１０の各種基準運転パターン群を保持する運転パターン格納装置４４２と、オペレータが基準運転パターン群を初期設定・修正したり、メンテナンスのための操作指令を入力したりするための入力装置４４３と、オペレータが運転状況等を確認するための表示装置４４４と、自端の電圧・電流検出装置の計測情報や運転状態推定用計測装置４５の日射量や外気温の計測情報、及び制御指令や発電出力の履歴などを保存する計測データ格納装置４４６と、調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等（の制御ユニット４１１Ａ〜４１１Ｃ等）に伝送する制御指令や前記計測情報の送受信を制御する信号入出力インタフェース装置（信号入出力Ｉ／Ｆ装置）４４５とを備えて構成される。
【００２２】
制御演算装置４４１は、運転パターン制御機能４４１１と周波数維持機能４４１２とを備える。運転パターン制御機能４４１１は、運転パターン格納装置４４２に保持されている基準運転パターン群の中から、自端の計測情報に基づいて最適な基準運転パターンを選択する運転パターン選択部４４１１１と、自端の計測情報を用いて太陽光発電装置３及び蓄電装置５の運転状態と総需要とを推定する運転状態推定部４４１１２と、選択された基準運転パターンを太陽光発電装置３及び蓄電装置５の運転状態と総需要との推定結果に基づいて補正する運転パターン補正部４４１１３とを有する。
【００２３】
また、周波数維持機能４４１２は、自端の電圧計測情報から調整電源装置４の出力制御により補償する周波数偏差ΔＦＧと蓄電装置５の充放電制御により補償する周波数偏差ΔＦＢとを演算する周波数偏差演算部４４１２１と、周波数偏差ΔＦＧを用いて周波数維持のためにガバナフリー運転を行う電源容量の増減判定を行って調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等の中でガバナフリー運転する電源とロードリミット運転する電源とを決定する運転モード設定部４４１２２と、周波数偏差ΔＦＢを用いて蓄電装置５の周波数制御状態を推定し、必要であれば調整電源装置４の周波数制御定数を変更する周波数制御定数変更部４４１２３とを有する。
【００２４】
図４は、本実施形態に係る蓄電装置制御装置５４の機能ブロック図である。図４に示すように、蓄電装置制御装置５４は、蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等に対する充放電指令、起動／停止指令、運転モード変更指令等の制御指令を演算する制御演算装置５４１と、予め作成された独立運用型電力供給システム１０の各種基準運転パターン群を保持する運転パターン格納装置５４２と、オペレータが基準運転パターン群を初期設定・修正したり、メンテナンスのための操作指令を入力したりするための入力装置５４３と、オペレータが運転状況等を確認するための表示装置５４４と、自端の電圧・電流検出装置の計測情報や運転状態推定用計測装置５５の日射量や外気温の計測情報、及び制御指令や充放電量の履歴などを保存する計測データ格納装置５４６と、蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等（の連系用電力変換器５２Ａ，５２Ｂ等）に伝送する制御指令や前記計測情報の送受信を制御する信号入出力インタフェース装置（信号入出力Ｉ／Ｆ装置）５４５とを備えて構成される。
【００２５】
制御演算装置５４１は、運転パターン制御機能５４１１と周波数維持機能５４１２とＳＯＣ調整機能５４１３とを備える。ここで、ＳＯＣ（State Of Charge）とは、蓄電池の残量（充電電力量）を表す指標であり、例えば定格充電容量に対する百分率で表される。運転パターン制御機能５４１１は、運転パターン格納装置５４２に保持されている基準運転パターン群の中から、自端の計測情報に基づいて最適な基準運転パターンを選択する運転パターン選択部５４１１１と、自端の計測情報を用いて太陽光発電装置３及び調整電源装置４の運転状態と総需要とを推定する運転状態推定部５４１１２と、選択された基準運転パターンを太陽光発電装置３及び調整電源装置４の運転状態と総需要との推定結果に基づいて補正する充放電パターン補正部５４１１３とを有する。
【００２６】
また、周波数維持機能５４１２は、自端の電圧計測情報から蓄電装置５の充放電制御により補償する周波数偏差ΔＦＢと、調整電源装置４の出力制御により補償する周波数偏差ΔＦＧとを演算する周波数偏差演算部５４１２１と、周波数偏差ΔＦＧを用いて調整電源装置４の周波数制御状態を推定し、必要であれば蓄電装置５の周波数制御定数を変更する周波数制御定数変更部５４１２２とを有する。ＳＯＣ調整機能５４１３は、蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等のＳＯＣを監視し正常範囲にあるか否かを判定するＳＯＣ判定部５４１３１と、判定結果に基づいてＳＯＣを正常範囲に戻すための充放電量を演算して生成するＳＯＣ増減指令生成部５４１３２とを有する。
【００２７】
図５は、調整電源制御装置４４における制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、図５を用いて、調整電源制御装置４４における制御について説明する。
【００２８】
調整電源制御装置４４は、まず、ステップＳ５１にて、季節、天候、外気温等をパラメータとして予め作成され運転パターン格納装置４４２に保持された基準運転パターン群を読み込む。ここでは、各基準運転パターンのデータは１日を４８分割した３０分単位で作成されているものとする。
【００２９】
以下に説明するステップＳ５２からＳ５８までの処理は、運転パターン制御機能４４１１が繰り返して実行する処理であり、その実行周期は、基準運転パターンのデータの時間分解能との関係から、例えば数分〜３０分の範囲に設定されるものとする。ここでは、実行周期を１０分として説明する。また、ステップＳ５９からＳ６１までの処理は、周波数維持機能４４１２が繰り返して実行する処理であり、その実行周期は１秒以下に設定されるものとする。
【００３０】
運転パターン制御機能４４１１は、ステップＳ５２では、運転状態推定用計測装置４５で定期的に計測され１０分間の平均値として処理されている日射量Ｓｒ（Ｗ／ｍ２）及び外気温Ｔｏ（℃）のデータを計測データ格納装置４４６から読み込む。次に、ステップＳ５３では、ステップＳ５２で読み込んだ処理時刻ｔにおける日射量Ｓｒ(ｔ)と外気温Ｔｏ(ｔ)、及び予め保持しているカレンダー情報を用いて、独立運用型電力供給システム１０の最適な基準運転パターンを選択するための各種フラグ、すなわち季節フラグ、ＰＶ（Photovoltaic：光起電性）フラグ、気温フラグ、蓄電池フラグを設定する。
【００３１】
季節フラグは、季節を設定するためのフラグであり、カレンダー情報と処理時刻ｔとから一意に設定することができる。ＰＶフラグは、太陽光発電装置３の発電パターンを設定するためのフラグであり、図６（ａ）に示すように、計測された日射量Ｓｒ(ｔ)と季節毎に定義された２４時間分の日射量の参照値Ｓｒ_ｒｅｆ(ｔ)とを用いて、式（１）によりフラグ値を設定する。
［ＰＶフラグ］
Ｓｒ(ｔ) ＞ Ｓｒ_ｒｅｆ(ｔ)のとき  フラグ値を“Ｆ”に設定
Ｓｒ(ｔ) ≦ Ｓｒ_ｒｅｆ(ｔ)のとき  フラグ値を“Ｃ／Ｒ”に設定      （１）
【００３２】
上記のフラグ値“Ｆ”は晴れ（Fair）で太陽光発電装置３が高発電状態にあること、フラグ値“Ｃ／Ｒ”は曇り（Cloudy）または雨（Rainy）で太陽光発電装置３が低発電状態にあることを意味する。
【００３３】
また、気温フラグは、負荷２Ａ，２Ｂ等の電力需要のパターンを設定するためのフラグであり、図６（ｂ）に示すように、外気温Ｔｏ(ｔ)と季節毎に定義された２４時間分の外気温の参照値Ｔｏ_ｒｅｆ(ｔ)とを用いて、式（２）によりフラグ値を設定する。
［気温フラグ］
Ｔｏ(ｔ) ＞ Ｔｏ_ｒｅｆ(ｔ)のとき  フラグ値を“Ｈ”に設定
Ｔｏ(ｔ) ≦ Ｔｏ_ｒｅｆ(ｔ)のとき  フラグ値を“Ｌ”に設定          （２）
【００３４】
上記のフラグ値“Ｈ”は、例えば、当該季節において気温が高く（High）冷房のための電力需要が大きい状態にあり、フラグ値“Ｌ”は当該季節において気温が低く（Low）冷房のための電力需要が小さい状態にあることを意味する。
【００３５】
さらに、蓄電池フラグは、カレンダー情報に基づき当該日がいずれかの蓄電池のリフレッシュ充電を行う日であればフラグ値を“Ｒ”（Refresh）、通常の充放電運転を行う日であればフラグ値を“Ｎ”（Normal）に設定する。
【００３６】
次に、ステップＳ５４では、ステップＳ５３で設定された各種フラグを用いて、図７に例示した独立運用型電力供給システム１０の基準運転パターンの分類表に基づいて、最適な運転パターンの番号を選択する。図７に例示した分類表は、独立運用型電力供給システム１０が運用される地域の特性に応じて、季節フラグ、ＰＶフラグ、気温フラグの分類区分数を適宜増減させることができる。図７の例は、季節フラグがＳ１〜Ｓ４というように、日本のような温帯で四季のある地域を想定したものであるが、例えば、地域によっては季節フラグの分類区分を雨季、乾季などの２つとしてもよい。
【００３７】
次に、ステップＳ５５では、日射量及び外気温の計測データを用いて、太陽光発電装置３の発電出力（ＰＶ出力）、蓄電装置５の充放電量、及び総需要を推定する。具体的には、太陽光発電装置３の発電出力Ｐｐｖ(ｔ)は、日射量計測値Ｓｒ(Ｗ／ｍ２)と外気温計測値Ｔｏ(℃)とを用いて式（３）により算出する。
［太陽光発電装置の発電出力］
Ｐｐｖ(ｔ)＝Ｓｒ(ｔ)・Ｋｓ・Ｋｐｖ・Ｋｔ(Ｔｏ)・Ｋｂ・Ｋｃ・Ｋｐｃｓ
×10-3  （ｋＷ）                                        （３）
但し、 
Ｋｓ：日射量補正係数                Ｋｐｖ：パネル容量換算係数
Ｋｔ(Ｔｏ)：温度補正係数            Ｋｂ：汚れ係数
Ｋｃ：ケーブル効率係数              Ｋｐｃｓ：電力変換効率係数
【００３８】
また、総需要（負荷２Ａ，２Ｂ等の需要電力）Ｐｄ(ｔ)は、外気温の参照値Ｔｏ_ｒｅｆ(ｔ)と計測値Ｔｏ(ｔ)の差、及び需要パターンＰｄ_ｐｔｒｎ(ｔ)を用いて式（４）により算出する。
［総需要］
Ｐｄ(ｔ)＝Ｐｄ_ｐtｒｎ(ｔ)＋Ｃｗ×（Ｔｏ(ｔ)−Ｔｏ_ｒｅｆ(ｔ)）      （４）
但し、  Ｃｗ：外気温補正係数
ここで、Ｃｗは当該システムにおける需要電力と外気温の実績との関係から、予め季節毎に定めておく係数である。
【００３９】
また、蓄電装置５の充放電量Ｐｂ（ｔ）（正の値が放電、負の値が充電を表す。）については、昼間に太陽光発電装置３の発電出力を充電し夜間にそれを放電する運転パターン（図２（ａ）参照）を基本とし、太陽光発電出力の推定値Ｐｐｖ(ｔ)とステップＳ５４で選択された太陽光発電装置３の基準出力パターンＰｐｖ_ｐｔｒｎ(ｔ)との差を用いて、式（５）により算出する。
［蓄電装置の充放電量］
Ｐｂ(ｔ)＝Ｐｂ_ｐｔｒｎ(ｔ)−(Ｐｐｖ(ｔ)−Ｐｐｖ_ｐｔｒｎ(ｔ))      （５）
【００４０】
次に、ステップＳ５６では、式（３）〜（５）により推定された太陽光発電装置３の発電出力Ｐｐｖ(ｔ)、総需要Ｐｄ(ｔ)、及び蓄電装置５の充放電量Ｐｂ(ｔ)を用いて式（６）によって算出される調整電源装置４の必要合成発電出力Ｐｇ(ｔ)から、予め保持している調整電源装置４の最適運転パターンを再選択して運転台数、運転モード、出力指令値等を補正する。
［調整電源装置の必要合成発電出力］
Ｐｇ(ｔ)＝Ｐｄ(ｔ)−(Ｐｐｖ(ｔ)＋Ｐｂ(ｔ))
＝Ｐｄ(ｔ)−(Ｐｐｖ_ｐｔｒｎ(ｔ)＋Ｐｂ_ｐｔｒｎ(ｔ))      （６）
【００４１】
また、ステップＳ５７では、周波数維持機能４４１２から要請があれば、ガバナフリー／ロードリミット運転する調整電源の台数の増減を考慮して、調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等への出力指令を再度補正し、続くステップＳ５８にて、起動／停止指令、運転モード変更指令、出力指令値などの制御指令を信号入出力インタフェース装置４４５を介して各調整電源の制御ユニット４１１Ａ〜４１１Ｃ等に伝送する。
【００４２】
次に、前記の運転パターン制御機能４４１１の処理と並行して実施する周波数維持機能４４１２の制御処理について説明する。まず、ステップＳ５９では、常時計測している自端の電圧計測値を読み込んで系統母線（電力線１）の周波数Ｆを演算し、定格周波数Ｆｏとの周波数偏差ΔＦを算出する。
【００４３】
次に、ステップＳ６０にて、周波数偏差ΔＦをカットオフ周波数ｆｃのローパスフィルタＬＰＦ（Low Pass Filter）に入力し、調整電源装置４で補償する周波数偏差ΔＦＧを求める。また、周波数偏差ΔＦをカットオフ周波数ｆｃのハイパスフィルタＨＰＦ（High Pass Filter）に入力し、蓄電装置５が補償する周波数偏差ΔＦＢを算出する。ローパスフィルタＬＰＦ、ハイパスフィルタＨＰＦのカットオフ周波数ｆｃは、調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等の制御ユニット４１１Ａ〜４１１Ｃ等、及び蓄電装置５の連系用電力変換器５２Ａ，５２Ｂ等に設定しているものと同じ値であり、太陽光発電パネル３１Ａ，３１Ｂ等の出力変動周期である数秒から数十秒周期の周波数変動を蓄電装置５が補償するように、例えば０．０１Ｈｚ程度に設定される。
【００４４】
次に、ステップＳ６１では、ガバナフリー運転している調整電源（４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ等のうちのいくつか）の発電出力が閾値を超過し、かつ周波数偏差ΔＦＧが閾値ΔＦＧ_refを超過する状態が所定時間を超えて継続したら、ガバナフリー容量が不足と判定し、ガバナフリー運転する調整電源の台数を増加させる。また、ガバナフリー運転している調整電源が２台以上あり、その発電出力の平均値がそれぞれ閾値以下となり、かつΔＦＧが閾値ΔＦＧ_ref以下である状態が所定時間を超えて継続したら、ガバナフリー運転している調整電源の台数を１台減らすようにする。さらに、蓄電装置５が補償する周波数偏差ΔＦＢが所定時間を超えて閾値ΔＦＢ_refを超過したら、蓄電装置５が周波数制御不能になったと判定し、調整電源の制御ユニット４１１Ａ〜４１１Ｃ等に設定しているローパスフィルタＬＰＦを無効とし、蓄電装置５で補償すべき周波数偏差ΔＦＢも併せて調整電源装置４で補償するように周波数制御定数を変更し、独立運用型電力供給システム１０の安定運用を維持する。
【００４５】
図８は、蓄電装置制御装置５４における制御処理の流れを示すフローチャートであり、基本的な処理の流れは図５の調整電源制御装置４４の場合とほぼ同様である。以下、図８を用いて、蓄電装置制御装置５４における制御について説明する。
【００４６】
蓄電装置制御装置５４は、まず、ステップＳ８１にて、季節、天候、気温等をパラメータとして予め作成され運転パターン格納装置５４２に保存された基準運転パターン群を読み込む。ここでは、各基準運転パターンのデータは１日を４８分割した３０分単位で作成されているものとする。
【００４７】
以下に説明するステップＳ８２からＳ８７までの処理は、運転パターン制御機能５４１１及びＳＯＣ調整機能５４１３が繰り返して実行する処理であり、その実行周期は、基準運転パターンのデータの時間分解能との関係から、例えば数分〜３０分の範囲に設定されるものとする。ここでは、実行周期を１０分として説明する。また、ステップＳ８８からＳ９０までの処理は、周波数維持機能５４１２が繰り返して実行する処理であり、その実行周期は１秒以下に設定されるものとする。
【００４８】
図８のステップＳ８２からＳ８４の処理は、前記した図５のステップＳ５２からＳ５４の処理と全く同様であるので、説明を省略する。
【００４９】
次のステップＳ８５では、日射量及び外気温の計測データを用いて、太陽光発電装置３の発電出力を推定する。具体的には、太陽光発電装置３の発電出力Ｐｐｖ(ｔ)は、日射量計測値Ｓｒ(Ｗ／ｍ２)と外気温計測値Ｔｏ(℃)とを用いて前記の式（３）により算出する。
【００５０】
次に、ステップＳ８６では、ステップＳ８５にて推定された太陽光発電装置３の発電出力Ｐｐｖ(ｔ)と、ステップＳ８４にて選択した基準運転パターンで想定されている太陽光発電装置３の基準出力パターンＰｐｖ_ｐｔｒｎ(ｔ)との差を用いて、前記の式（５）により蓄電装置５の充放電量Ｐｂ（ｔ）を算出する。それに加えて、もし仮に各蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等のＳＯＣレベルＰＳＯＣ(ｔ)が、許容される上限値付近に設定した閾値ＰＳＯＣ_ＵＬを超えた場合には、ＳＯＣレベルを低減させるように式（５）に補正項を加えた式（７）を用いて補正する。
［蓄電装置の充放電量（ＳＯＣレベル低減補正時）］
Ｐｂ(ｔ)＝Ｐｂ_ｐｔｒｎ(ｔ)−(Ｐｐｖ(ｔ)−Ｐｐｖ_ｐｔｒｎ(ｔ))
＋Ｋｓｏｃ・(ＰＳＯＣ(ｔ)−ＰＳＯＣ_ＵＬ）                          （７）
但し、  Ｋｓｏｃ：ＳＯＣ補正係数
【００５１】
また、仮に各蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等のＳＯＣレベルＰＳＯＣ(ｔ)が、許容される下限値付近に設定した閾値ＰＳＯＣ_ＬＬを下回った場合には、ＳＯＣレベルを増大させるように式（５）に補正項を加えた式（８）を用いて補正する。
［蓄電装置の充放電量（ＳＯＣレベル増大補正時）］
Ｐｂ(ｔ)＝Ｐｂ_ｐｔｒｎ(ｔ)−(Ｐｐｖ(ｔ)−Ｐｐｖ_ｐｔｒｎ(ｔ))
−Ｋｓｏｃ・(ＰＳＯＣ_ＬＬ(ｔ)−ＰＳＯＣ）                          （８）
但し、  Ｋｓｏｃ：ＳＯＣ補正係数
【００５２】
このようにすれば、蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等のＳＯＣレベルが所定の運用範囲を逸脱することを防止できるため、蓄電池が充放電不能となることによるシステムの安定運用や、過充電または過放電による電池寿命への悪影響を軽減することができる。
【００５３】
次に、ステップＳ８７では、充放電指令、起動／停止指令、運転モード変更指令などの制御指令を信号入出力インタフェース装置５４５を介して連系用電力変換器５２Ａ，５２Ｂ等に伝送する。
【００５４】
次に、前記の運転パターン制御機能５４１１及びＳＯＣ調整機能５４１３の処理と並行して実施する周波数維持機能５４１２の制御処理について説明する。
【００５５】
図８のステップＳ８８及びＳ８９の処理は、前記した図５のステップＳ５９及びＳ６０の処理と全く同様であるので、説明を省略する。
【００５６】
次のステップＳ９０では、調整電源装置４が補償する周波数偏差ΔＦＧが所定時間を超えて閾値ΔＦＧ_refを超過したら、調整電源装置４が周波数制御不能になったと判定し、蓄電装置５の連系用電力変換器５２Ａ，５２Ｂ等に設定しているハイパスフィルタＨＰＦを無効とし、調整電源装置４で補償すべき周波数偏差ΔＦＧも併せて蓄電装置５で補償するように周波数制御定数を変更し、独立運用型電力供給システム１０の安定運用を維持する。
【００５７】
続いて、調整電源制御装置４４及び蓄電装置制御装置５４の運転パターン格納装置４４２，５４２に予め保持しておく基準運転パターン群の作成方法について、図９を用いて説明する。図９は、独立運用型電力供給システム１０の基準運転パターン群の作成処理の手順を例示したフローチャートである。
【００５８】
まず、ステップＳ９１では、独立運用型電力供給システム１０を構成する太陽光発電装置３、調整電源装置４、及び蓄電装置５の機器特性及び関係パラメータを設定する。太陽光発電装置３については、例えば、機器種別と台数、定格出力（ｋＷ）、日射量特性、温度特性、電力変換効率（％）などの特性やパラメータが挙げられる。また、調整電源装置４については、例えば、機器種別と台数、定格出力（ｋＷ）、燃費効率（％）、最低運転出力（ｋＷ）、出力変化率上限値（ｋＷ/ｓ）、燃料単価(￥/ｍ3)などの特性やパラメータが挙げられる。また、蓄電装置５については、例えば、機器種別と台数、定格出力（ｋＷ）、定格容量（ｋＷｈ）、ＳＯＣ上限値（％）、ＳＯＣ下限値（％）、充放電量変化率上限値（％/ｓ）、充放電効率（％）、補機消費電力率（％）などの特性やパラメータが挙げられる。
【００５９】
次に、ステップＳ９２では、基準運転パターンを求めるための目的関数を選択する。例えば、運転コストを最小化する場合の目的関数ｆは、式（９）のように定義できる。
［目的関数］
ｆ＝（調整電源の運転費）＋（蓄電池補機の消費電力費）                （９）
ここで、
調整電源の運転費＝(調整電源の発電単価(\/kWh))・(調整電源の発電電力量(kWh))
＝燃料単価(\/m3)／(燃料の発電エネルギー(kWh/m3)・燃料効率(%))
・((需要電力量(kWh))−(太陽光発電装置の発電電力量(kWh)))
蓄電池補機の消費電力費
＝充放電電力量(kWh)・補機消費電力率(%)・システム平均発電単価(\/kWh)
【００６０】
次に、ステップＳ９３では、基準運転パターンを求める日の各分類条件、すなわち季節フラグ、ＰＶフラグ、気温フラグの値の組合せに対応した１日分の総需要パターンと太陽光発電パターンとをそれぞれ３０分単位の平均値で設定する。これらのパターンは実際に計測されたデータから作成、設定するのが望ましいが、計測されたデータがない場合には、初期設定値として、総需要には負荷設備の容量や種類から算定した値を使用し、太陽光発電の発電電力量には太陽光発電パネル群３１Ａ，３１Ｂ等の設置場所の緯度と天候別の日射透過率を用いて日射量Ｓｒの計測値に相当する量を求め、前記の式（３）を用いて算定した値を使用することができる。続く、ステップＳ９４では、対象日の運転条件として、例えば蓄電池５１Ａ，５１Ｂ等のリフレッシュ充電の有無等の条件を入力する。
【００６１】
次に、ステップＳ９５では、調整電源装置４、蓄電装置５が満たすべき式（１０），（１１）のような制約条件を設定する。
［調整電源装置に関する制約条件］
時刻ｔにおける調整電源ｉの発電出力をＰＧ_ｉ(ｔ)とするとき、
ＰＧ_ｉ(ｔ)＝０  または  ＰＧ_ｉ(ｔ) ＞ 最低発電出力
｜ＰＧ_ｉ(ｔ)−ＰＧ_ｉ(ｔ−１)｜ ＜ 出力変化率上限値              （１０）
［蓄電装置に関する制約条件］
時刻ｔにおける蓄電池ｉのＳＯＣをＳＯＣ_i(ｔ)、充放電量をＰｂ_ｉ(ｔ)とするとき、
下限閾値 ＜ ＳＯＣ_i(ｔ) ＜ 上限閾値
｜Ｐｂ_ｉ(ｔ)−Ｐｂ_ｉ(ｔ−１)｜ ＜ 充放電量変化率上限値          （１１）
【００６２】
次に、ステップＳ９６では、式（１０）及び（１１）で設定した制約条件の下で、式（９）に示した目的関数ｆを最小化するための最適化演算を行う。式（９）の目的関数ｆにおいて、燃料効率は調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等の出力に対して非線形特性を有するのが一般的である。ここでは、より経済性に優れた基準運転パターンを作成する必要があるため、これらの非線形特性を厳密に模擬できるように、遺伝的アルゴリズム等の非線形最適化問題に対応可能な手法を適用するのが好ましい。
【００６３】
図１０に、ステップＳ９６で作成される最適な基準運転パターンの一例を示す。この例は、日射条件が快晴（ＰＶフラグが“Ｆ”）で蓄電池のリフレッシュ充電がない（蓄電池フラグが“Ｎ”）場合の分類条件についての基準運転パターンの例である。なお、調整電源４１Ａ〜４１Ｃ等が同一仕様を有する場合の個々の運転パターンの割付けについては、それぞれの運転時間のばらつきにより特定の装置のメンテナンス周期が短くなることがないように、定期的に、例えば１週間周期で、機器番号をローテーションするようにカレンダー情報に設定しておくことが望ましい。
【００６４】
以上のステップＳ９３からＳ９６までの処理を、図７に例示した基準運転パターンの全ての分類条件に対して繰り返し実行し、全ての分類条件について運転パターンの作成が完了したら、処理を終了する。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によれば、独立運用型の電力供給システムを構成する各装置が、システムの運転環境に応じて予め設定される運用コストを最小化する基準運転パターンの情報を共有し、それぞれが自端の計測情報を用いて自身の基準運転パターンを補正することによって運転を行うので、各装置が自端の情報のみを用いた運転を行いつつ、安定かつ経済性に優れた運用を実現することができる。より具体的には、調整電源を運転するための燃料消費量を削減できるので、輸送費用を含めた総発電コストを低減することが可能となる。また、太陽光発電による再生可能エネルギーを有効に活用できるので、ＣＯ２の排出量が減少し、さらに、通信設備なしでシステムを運用実現できるため、導入コストを削減できるとともに設備の追加などの構成変更が容易となる効果もある。
【００６６】
以上にて、本発明を実施するための形態の説明を終えるが、本発明の実施の態様はこれに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で各種変形が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１    電力線（系統母線）
１０  独立運用型電力供給システム（電力供給システム）
２Ａ，２Ｂ  負荷
３    太陽光発電装置
３１Ａ，３１Ｂ  太陽光発電パネル
３２Ａ，３２Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ  連系用電力変換器
３３Ａ，３３Ｂ，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，５３Ａ，５３Ｂ  連系用受電設備
４    調整電源装置
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ  調整電源
４１１Ａ，４１１Ｂ，４１１Ｃ  制御ユニット
４４  調整電源制御装置（調整電源装置の制御装置）
４４１，５４１  制御演算装置（制御部）
４４２，５４２  運転パターン格納装置（記憶部）
４４３，５４３  入力装置
４４４，５４４  表示装置
４４５，５４５  信号入出力インタフェース装置
４４６，５４６  計測データ格納装置 
４５，５５  運転状態推定用計測装置（日射量と外気温との計測手段）
５    蓄電装置
５１Ａ，５１Ｂ  蓄電池
５４  蓄電装置制御装置（蓄電装置の制御装置）
【図１】
0005485224.tif 000002
【図２】
0005485224.tif 000003
【図３】
0005485224.tif 000004
【図４】
0005485224.tif 000005
【図５】
0005485224.tif 000006
【図６】
0005485224.tif 000007
【図７】
0005485224.tif 000008
【図８】
0005485224.tif 000009
【図９】
0005485224.tif 000010
【図１０】
0005485224.tif 000011