(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電システムと併用される蓄電池システムの蓄電池の容量を決定する容量決定装置であって、
前記蓄電池の保護のために満たすことが必要な前記蓄電池の充放電出力と蓄電残量の少なくとも一方の範囲についての条件である運用条件のデータ、前記風力発電システムの出力と前記蓄電池システムの出力を合成した電力系統への合成出力が満たすことが要求される、時間に対する合成出力の変動についての緩和可能な条件である出力変動抑制条件のデータ、および前記風力発電システムの時系列の出力を示す発電出力データを入力する入力部と、
前記運用条件を満たすように前記発電出力データと蓄電池の容量とから算出される、前記出力変動抑制条件を逸脱する程度を示す違反量を指標として、前記蓄電池の容量を決定する処理部と、を有し、
前記処理部は、前記蓄電池の容量に応じた蓄電池設備コストと、前記違反量に応じて支払うべきペナルティコストとを合算したトータルコストが最小となるように、前記蓄電池の容量を決定する、
容量決定装置。
【請求項２】
前記発電出力データは、前記風力発電システムの出力を評価期間にわたって時系列として示すデータであり、
前記処理部は、蓄電池の容量の候補値を設定して、前記評価期間にわたって前記合成出力データの遷移を時系列としてシミュレーションすることによって、前記違反量を算出する、請求項１に記載の容量決定装置。
【請求項３】
前記入力部は、違反量の上限である許容限界のデータを更に入力し、
前記処理部は、更に、前記違反量が前記許容限界と一致するように前記蓄電池の容量を決定し、決定した前記蓄電池の容量のうち、いずれか大きい方を選択する、請求項１に記載の容量決定装置。
【請求項４】
風力発電システムと併用される蓄電池システムの蓄電池の容量を決定する容量決定方法であって、
入力手段が、前記蓄電池の保護のために満たすことが必要な前記蓄電池の充放電出力と蓄電残量の少なくとも一方の範囲についての条件である運用条件のデータ、前記風力発電システムの出力と前記蓄電池システムの出力を合成した電力系統への合成出力が満たすことが要求される、時間に対する合成出力の変動についての緩和可能な条件である出力変動抑制条件のデータ、および前記風力発電システムの時系列の出力を示す発電出力データを入力するステップと、
処理手段が、前記運用条件を満たすように前記発電出力データと蓄電池の容量とから算出される、前記出力変動抑制条件を逸脱する程度を示す違反量を指標として、前記蓄電池の容量を決定するステップと、を有し、
前記処理手段は、前記蓄電池の容量に応じた蓄電池設備コストと、前記違反量に応じて支払うべきペナルティコストとを合算したトータルコストが最小となるように、前記蓄電池の容量を決定する、
容量決定方法。
【請求項５】
前記発電出力データは、前記風力発電システムの出力を評価期間にわたって時系列として示すデータであり、
前記処理手段は、蓄電池の容量の候補値を設定して、前記評価期間にわたって前記合成出力データの遷移を時系列としてシミュレーションすることによって、前記違反量を算出する、
請求項４に記載の容量決定方法。
【請求項６】
前記入力手段は、違反量の上限である許容限界のデータを更に入力し、
前記処理手段は、更に、前記違反量が前記許容限界と一致するように前記蓄電池の容量を決定し、決定した前記蓄電池の容量のうち、いずれか大きい方を選択する、請求項４に記載の容量決定方法。
【請求項７】
請求項１に記載の容量決定装置を適用して決定された容量の蓄電池を充放電する蓄電池システム。
【請求項８】
請求項４に記載の容量決定方法で決定された容量の蓄電池を充放電する蓄電池システム。
【請求項９】
風力で発電した電力を出力する風力発電システムと、
請求項４に記載の容量決定方法で決定された容量の蓄電池を充放電する蓄電池システムと、
前記風力発電システムの出力と前記蓄電池システムの出力とを合成した合成出力が出力変動抑制条件を逸脱する違反量が最小になるように前記蓄電池システムの充放電を制御する制御システムと、を有する電力供給システム。
【請求項１０】
前記制御システムは、前記合成出力が前記出力変動抑制条件を満たすことができる場合には、前記蓄電池の充電量が所定値に近づくように前記蓄電池の充放電を制御し、前記合成出力が前記出力変動抑制条件を満たすことができない場合には、前記違反量が最小となるように前記蓄電池の充放電を制御する、請求項９に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電システムと蓄電池システムを併用する電力供給システムに関し、特にその蓄電池の適切な容量値を決定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景として特許文献１に開示されている技術がある。【０００３】
特許文献１には、風力発電プラントに併設される蓄電池システム(蓄電池およびインバータ)のコストを最小化するように蓄電池システムの容量を決定する方法が開示されている。【０００４】
特許文献１の方法では、風力発電プラントの出力に蓄電池システムの出力を加えた合成出力に関する指標が所定の条件（出力変動抑制条件）を満たすように蓄電池システムの容量を決定する。またその際、直近の期間の風力発電出力の移動平均から合成出力を求めている。【０００５】
出力変動抑制条件とは、風力発電と蓄電池の合成出力の変動として許容される範囲を規定する条件である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−６５７８７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に開示された蓄電池容量の決定方法は、風力発電プラントに併設される蓄電池システムの現実の運用に照らし、少なくとも以下の問題を有している。【０００８】
問題は、出力変動抑制条件を絶対的な制約条件として扱っているため、現実の運用に適した蓄電池の容量を求められない恐れがあるということである。【０００９】
合成出力は、蓄電池を放電させているときには、風力発電プラントの出力に、蓄電池システムの放電出力を加算したものである。蓄電池を充電させているときには、合成出力は、風力発電プラントの出力から、蓄電池システムの充電出力を減算したものである。【００１０】
風力発電は、その性質上、頻度は非常に低くても、極めて大きな出力の変動が生じうる。例えば、あまりに強い風が吹いているときには保護のために風力発電の設備を停止する必要がある。その場合には風力発電システムの発電量は最大出力からゼロ出力に急変する。【００１１】
特許文献１には、そのような性質を有する合成出力の最大変動や標準偏差といった指標をどのようにコストに結び付けるか具体的に示されていない。特に、頻度は非常に低くても、極めて大きな出力の変動がありうる合成出力について、出力変動抑制条件を、違反の許容されない絶対的な制約条件として扱うと、そこから算出される蓄電池システムの容量は現実とかけ離れたものになる恐れがあった。【００１２】
本発明の目的は、風力発電システムと併用される蓄電池システムの現実的な蓄電池の容量を設定することを可能にする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施態様による容量決定装置は、風力発電システムと併用される蓄電池システムの蓄電池の容量を決定する容量決定装置であって、前記蓄電池の保護のために満たすことが必要な前記蓄電池の充放電出力と蓄電残量の少なくとも一方の範囲についての条件である運用条件のデータ、前記風力発電システムの出力と前記蓄電池システムの出力を合成した電力系統への合成出力が満たすことが要求される、時間に対する合成出力の変動についての条件である出力変動抑制条件のデータ、および前記風力発電システムの時系列の出力を示す発電出力データを入力する入力部と、前記運用条件を満たすように前記発電出力データと蓄電池の容量とから算出される、前記出力変動抑制条件を逸脱する程度を示す違反量を指標として、前記蓄電池の容量を決定する処理部と、を有している。【００１４】
また、本発明の容量決定装置において、前記発電出力データは、前記風力発電システムの出力を評価期間にわたって時系列として示すデータであり、前記処理部は、蓄電池の容量の候補値を設定して、前記評価期間にわたって前記合成出力データの遷移を時系列としてシミュレーションすることによって、前記違反量を算出することにしてもよい。【００１５】
また、本発明の容量決定装置において、前記入力部は、違反量の上限である許容限界のデータを更に入力し、前記処理部は、前記違反量が前記許容限界と一致するように、前記蓄電池の容量を決定するものであってもよい。【００１６】
また、本発明の容量決定装置において、前記処理部は、前記蓄電池の容量に応じた蓄電池設備コストと、前記違反量に応じて支払うべきペナルティコストとを合算したトータルコストが最小となるように、前記蓄電池の容量を決定することにしてもよい。【００１７】
また、本発明の容量決定装置において、前記入力部は、違反量の上限である許容限界のデータを更に入力し、前記処理部は、前記違反量が前記許容限界と一致するように決定した前記蓄電池の第１の容量と、前記蓄電池の容量に応じた蓄電池設備コストと、前記違反量に応じて支払うべきペナルティコストとを合算したトータルコストが最小となるように決定した前記蓄電池の第２の容量のうち、いずれか大きい方を選択することにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態による容量決定装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態による電力供給システムのブロック図である。
【図３】実施例１における電力供給システムＡ２０の出力変動抑制条件の違反量を算出する手順を示すフローチャートである。
【図４】風力発電システムと蓄電池システムを併設した風力発電プラント（電力供給システム）の構成図である。
【図５】図３のステップ４における充放電シミュレーションに適用される充放電制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図６Ａ】風力発電出力を示すグラフである。
【図６Ｂ】合成出力を示すグラフである。
【図７】充放電出力を示すグラフである。
【図８】充放電シミュレーションの結果から得られる蓄電池システムＡ２２の充電量のグラフである。
【図９】充放電シミュレーションの結果から得られる合成出力の単位時間当たりの変化の程度を示すグラフである。
【図１０】充放電シミュレーションの結果から得られる違反量を示すグラフである。
【図１１】蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量を決定する手順を示すフローチャートである。
【図１２】蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量と出力変動制約条件の違反量とに関するトレードオフ曲線を描いたグラフである。
【図１３】実施例２における蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の決定手順を示すフローチャートである。
【図１４】蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量とコストとの関係について説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態には、風力発電システムと蓄電池システムを併用する電力供給システムにおける蓄電池の容量を決定する容量決定装置と、その容量決定装置によって決定された容量の設計で構築された電力供給システムとが含まれる。
【００２１】
図１は、本実施形態による容量決定装置の機能的な構成を示すブロック図である。
【００２２】
容量決定装置の機能は、例えばソフトウェアプログラムを実行するコンピュータによって実現することが可能である。図１を参照すると、容量決定装置Ａ１０は入力部Ａ１１と処理部Ａ１２を有している。
【００２３】
入力部Ａ１１は、蓄電池システムの蓄電池に関する運用条件のデータ、風力発電システムと蓄電池システムの合成出力に関する出力変動抑制条件のデータ、および風力発電システムの想定される出力を示す発電出力データを入力する。
【００２４】
運用条件は、蓄電池の保護のために満たすことが必須な、蓄電池の充放電出力や蓄電残量の範囲についての条件である。蓄電池の充放電出力と蓄電池残量の両方の範囲が規定される場合と、いずれか一方が規定される場合がありうる。
【００２５】
出力変動抑制条件は、風力発電システムの出力と蓄電池システムの出力を合成した電力系統への合成出力が満たすことが要求される条件であり、時間に対する合成出力の変動について規定された緩和可能な条件である。
【００２６】
発電出力データは、評価期間にわたる風力発電システムの出力が時系列として定義されたデータである。
【００２７】
処理部Ａ１２は、発電出力データと蓄電池の容量とから、運用条件を満たすように、蓄電池システムの充放電制御を含む電力供給システムの制御をシミュレートし、出力変動抑制条件を逸脱する程度を示す違反量を算出する。その際、運用条件は必須の条件であり、出力変動抑制条件は緩和可能な条件であることを考慮し、例えば、出力変動抑制条件の違反量ができるだけ小さくなるようにシミュレーションを行う。その際、例えば違反量は出力変動抑制条件を違反した電力の累積値としてもよい。更に、処理部Ａ１２は、その出力変動抑制条件の違反量を指標として、蓄電池システムの蓄電池の容量を決定する。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、出力変動抑制条件を逸脱可能な条件として、その逸脱の程度を示す違反量を指標として、蓄電池の容量を設定するので、風力発電システムと併用される蓄電池システムに対して現実的な蓄電池の容量を設定することができる。
【００２９】
一方、蓄電池の寿命を確保するための運用条件については、必須の条件としてシミュレーションを行うので、蓄電池の寿命に想定を超える程の悪影響があるような蓄電池の容量が設定されるのが防止される。
【００３０】
本実施形態の容量決定装置Ａ１０において、発電出力データは、風力発電システムの出力を評価期間にわたって時系列として示すデータである。そこで、処理部Ａ１２は、蓄電池の容量の候補値を設定して、評価期間にわたって合成出力データの遷移を時系列としてシミュレーションすることによって、違反量を算出することにしてもよい。これによれば、
【００３１】
評価期間全域にわたるシミュレーションによって、蓄電池の容量を候補値の中から適切に選択することができ、適切な容量の設定が可能となる。
【００３２】
また、一例として、入力部Ａ１１は、違反量の上限である許容限界のデータを更に入力することにしてもよい。その場合、処理部Ａ１２は、違反量が許容限界と一致するように、蓄電池の容量を決定すればよい。これによれば、許容限界までの範囲を活用することで蓄電池の容量を小さく設定することができ、蓄電池の設備コストを抑えた設計が可能となる。
【００３３】
あるいは、他の例として、処理部Ａ１２は、蓄電池の容量に応じた蓄電池設備コストと、違反量に応じて支払うべきペナルティコストとを合算したトータルコストを算出し、そのトータルコストが最小となるように、蓄電池の容量を決定することにしてもよい。ペナルティコストは、例えば、風力発電事業者が電力会社から課されるペナルティのコストである。これによれば、トータルコストをペナルティコストも考慮したトータルコストが最小になるような設計が可能となる。
【００３４】
図２は、本実施形態による電力供給システムのブロック図である。
【００３５】
図２を参照すると、電力供給システムＡ２０は、風力発電システムＡ２１、蓄電池システムＡ２２、および制御システムＡ２３を有している。風力発電システムＡ２１の出力と蓄電池システムＡ２２の出力が合成された合成出力が送電系統Ａ２４に供給される。
【００３６】
風力発電システムＡ２１は、風力を利用して発電を行う発電設備である。自然の風力を利用しているので、風力発電システムＡ２１の発電量は時間変動する。特に、風力発電の性質上、頻度は非常に低くても、極めて大きな出力の変動が生じうる。
【００３７】
蓄電池システムＡ２２は、電力を充電および放電が可能な蓄電池（不図示）を備え、制御システムからの制御に応じて充電あるいは放電を行う。蓄電池は、上述した容量決定装置Ａ１０によって決定された容量に設計されている。
【００３８】
制御システムＡ２３は、風力発電システムＡ２１の出力と蓄電池システムＡ２２の出力とを合成した合成出力が出力変動抑制条件を逸脱する違反量が最小になるように蓄電池システムＡ２２の充放電を制御する。
【００３９】
また、制御システムＡ２３は、具体的な制御として、合成出力が出力変動抑制条件を満たすことができる場合には、蓄電池の充電量が所定値に近づくように蓄電池の充放電を制御し、合成出力が出力変動抑制得条件を満たすことができない場合には、違反量が最小となるように蓄電池の充放電を制御することにしてもよい。
【００４０】
以下、本発明のより具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００４１】
本実施例の電力供給システムは、基本的には上述した実施形態の電力供給システムＡ２０と同様の構成を有し、また、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量も上述と同様の方法で決定されたものである。本実施例では、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の決定方法の一例について詳細に説明する。【００４２】
まず、電力供給システムＡ２０の出力変動抑制条件の逸脱量（違反量）を算出するための処理について説明する。【００４３】
図３は、電力供給システムＡ２０の出力変動抑制条件の違反量を算出する手順を示すフローチャートである。図３のステップ１から３で、出力変動抑制性能の評価をする前提条件となる入力データを取り込み、その後、ステップ５で、出力変動抑制性能の評価結果である出力変動抑制条件の違反量を提示する。【００４４】
ステップ１は、評価の基準となる、風力発電システムＡ２１の発電出力の変動を示す時系列データを設定するステップである。【００４５】
ステップ２は、蓄電池システムＡ２２の運用条件である制約値と、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の候補値を設定するステップである。【００４６】
ステップ３は、出力変動制約条件である制約値を設定するステップである。電力供給システムＡ２０の出力変動抑制条件は緩和（逸脱）が可能な制約条件として扱われる。出力変動抑制条件の逸脱量は出力変動制約条件の違反量に相当する。【００４７】
ステップ１〜３により、評価期間にわたる風力発電システムＡ２１の発電出力時系列データ、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の候補値、評価期間の初期における充電量（充電残量）、評価期間の末期における充電量の目標値、蓄電池システムＡ２２の運用条件のデータ、出力変動抑制条件のデータが読み込まれ、データベースに格納される。【００４８】
ステップ４は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の候補値に対して、充放電シミュレーションを実行するステップである。ステップ４では、評価期間内のある時刻の発電出力が与えられたとき、それ以前の風力発電システムＡ２１の発電出力、蓄電池システムＡ２２の充放電出力および充電量の履歴データに基づいて、蓄電池システムＡ２２の運用条件を満たすように、当該時刻の充放電出力を決められる。ステップ４では、更に、評価期間にわたり時系列的に時刻を進めながら、データベースから発電出力の時系列データを取り出して上記充放電シミュレーションを進めることにより、蓄電池システム容量の候補値に対して、充放電シミュレーションの結果である時系列の充放電出力を算出する。【００４９】
ステップ５は、シミュレーション結果から電力供給システムＡ２０の出力変動制約条件の違反量を算出するステップである。出力変動制約条件は、時間に対する合成出力の変動に対して規定されているので、ステップ５では、シミュレーション結果である充放電出力の時系列の変動に基づいて、評価期間にわたる出力変動抑制条件の逸脱量を算出する。【００５０】
以上の処理により、蓄電池システム容量の候補値に対して、蓄電池システムの容量と出力変動抑制性能の指標（違反量）の関係を表わす曲線（トレードオフ曲線）が決定される。【００５１】
図４は、風力発電システムと蓄電池システムを併設した風力発電プラント（電力供給システム）の構成図である。風力発電機２１が図２の風力発電システムＡ２１に相当し、蓄電池システム２３が図２の蓄電池システムＡ２２に相当する。図４では、図２に描かれていない構内負荷２２が描かれている。また、図４では、図２の制御システムＡ２３に相当するシステムは描かれていない。【００５２】
風力発電機２１は、定格出力２０００ｋＷの風力発電機である。電力２１ａは風力発電機２１によって発電され、出力される電力である。【００５３】
構内負荷２２は、構内において電力を消費する負荷である。【００５４】
電力２２ａは、構内負荷２２をなす機器に流れ込む電力である。【００５５】
電力２３ｂは、充電の際に蓄電池システム２３に流入する電力である。【００５６】
電力２３ａは、放電の際に蓄電池システム２３にから放出される電力である。【００５７】
合成出力２４ａは、風力発電機２１からの電力２１ａと、蓄電池システム２３から放出される電力２３ａの和、あるいは風力発電機２１からの電力２１ａと、蓄電池システム２３に流入する電力２３ｂの差である。【００５８】
連系点２４は、合成出力２４ａが送電系統２５に流れ込む端点である。【００５９】
図５は、図３のステップ４における充放電シミュレーションに適用される充放電制御アルゴリズムを示すフローチャートである。【００６０】
図５のステップ３１は、初期条件を設定するステップである。ステップ３２は、時刻を更新するステップである。ステップ３３は、出力変動制約条件の違反量を最小化するステップである。ステップ３４は、合成出力が出力変動制約条件を満たすか否か判定するステップである。ステップ３５は、ステップ３４において出力変動制約条件を満たす場合に、蓄電池の充電量を好ましい値に近づけるように充電あるいは放電を行う充電量乖離最小化処理を行うステップである。ステップ３６は、ステップ３４において出力変動制約条件を満たさない場合に、違反量あるいは違反に対して支払うペナルティが最小となるように充放電を制御する制約違反ケース処理を行うするステップである。ステップ３７は、評価期間である２４時間経過を判定するステップである。ステップ３８は、結果を出力するステップである。【００６１】
なお、図５において、破線で囲まれたステップ３３から３６の処理は充放電ルールとして規定される処理である。この充放電ルールを実行する処理は所定の時間間隔で定期的に実行される。【００６２】
以下、図５に示した充放電制御アルゴリズムの具体的な一例について充放電ルールを中心に説明する。【００６３】
ここでは、分単位で演算処理を行うものとし、出力変動抑制条件として２０分区間（２０分分の時間区間）の振れ幅を対象とする場合を取り上げ、合成出力を決定する手順について詳述する。この場合、過去１９分間の風力発電出力と充放電出力を合成した合成出力の履歴が与えられているとする。【００６４】
初期条件設定ステップ３１では、以下のような変数の設定値を取り込む。
（ａ）２０分区間の合成出力の振れ幅Xrange
（ｂ）評価期間の終了時における充電量(あるいは蓄電池充電率SOC)の目標値Q
（ｃ）蓄電池放電出力の上限値Zmax
（ｄ）蓄電池充電出力の上限値Zmin
ここで、放電出力と充電出力は充放電出力として一体として扱う。そのため、充電出力は負の値として扱うため、充放電出力の上限値がZmax、下限値がZmin(負値)となる。充放電出力の補助変数として、充放電出力を下限値を基準にして表わす変数Y[n]を導入する。最大出力で充電のときは、Y[n]= 0、最大出力で放電のときは、Y[n]= Zmax−Zminとなる。
（ｅ）充電量(あるいは蓄電池充電率SOC(State of Charge))の上限値Smax
（ｆ）充電量(あるいは蓄電池充電率SOC)の下限値Smin
（ｇ）合成出力の上昇速度の上限値Cmax
（ｈ）合成出力の下降速度の上限値Cmin【００６５】
時刻更新ステップ３２では、以下のような手順で、時間t[n]における充放電出力を決める前提条件を設定する。
（ａ）時間t[n]における風力出力W[n]
（ｂ）時間t[n-19]からt[n-1]までの各区間の合成出力X[n-19]〜X[n]の履歴
（ｃ）時間t[n-19]からt[n-1]までの区間の合成出力の最大値Xmaxと最小値Xmin
（ｄ）時間t[n-1]における充電量(あるいは蓄電池充電率SOC)S[n-1]
（ｅ）時間t[n]における充電量(あるいは蓄電池充電率SOC)の目標値V[n]【００６６】
制約違反量最小化ステップ３３では、線形計画法を用いて以下の出力振れ幅最小化問題を解き、充放電出力を決める。
目的関数：式(1)-(3)を用いて、時間t[n-19]からt[n]までの２０分区間の合成出力X[n-19]〜X[n]の違反量f20[tn]が最小となるように、時間t[n]における合成出力X[n]を決める。
f20[tn] = Xmax -Xmin -> Min.  ……………………(1)
X[m] ≧ Xmin     (m = n-19, ……,
n)   ……(2)
X[m] ≦ Xmax     (m = n-19, ……,
n)   ……(3)
ここで、合成出力X[n]、合成出力の最大値Xmax、最小値Xminが変数となる。【００６７】
制約条件：（ａ）充電量(蓄電池充電率SOC)S[n]の上下限制約
S[n]
= S[n-1] - Z[n] ……………………………(4)
Smin ≦ S[n]  ≦ Smax 
…………………………(5)
充電量(蓄電池充電率SOC)S[n]が式(5)の範囲に制限される。
（ｂ）蓄電池充放電出力の上下限制約
Z[n]
= Y[n] - Zmin ………………………………(6)
Zmin ≦ Z[n] ≦ Zmax ……………………………(7)
蓄電池の充放電出力が式(7)の範囲に限定される。
（ｃ）合成出力の定義制約
X[n] = W[n] + Z[n] ………………………………(8)
合成出力X[n]は風力発電出力W[n]と蓄電池の充放電出力Z[n]の和である。
（ｄ）合成出力の違反量の定義制約
M[n] = Xmax - Xmin - Xrange  …………………(9)
時間t[n]の違反量M[n]が式(9)で定義される。
（ｅ）合成出力の変化速度の上下限制約
Cmin ≦ X[n] - X[n-1] ≦ Cmax 
………………(10)
合成出力の変化速度（前回からの変化量）が式(10)の範囲に制限される。【００６８】
緩和可能な制約条件は、出力変動抑制条件の出力変動範囲と、終了時充電量(充電率SOC)に関する条件である。緩和不可の制約条件は、充電量(充電率SOC)、充放電電流(出力)、開始時充電量(充電率SOC)に関する条件である。また、開始時充電量(充電率SOC)の初期値は指定値に固定する。【００６９】
出力変動抑制条件を逸脱しないのであれば、その範囲で充電量を目標充電量にできるだけ近づけておくことが望ましい。ステップ３４の判定で、(合成出力の２０分間変化量Xmax - Xmin)≦(制約値Xrange)の場合には、出力変動抑制条件の出力範囲からの逸脱は避けられるので、目標充電量からの乖離の最小化ステップ３５にて、線形計画法を用いて以下の目標充電量Qからの乖離|Q - S[n]|の最小化問題を解き、充放電出力、合成出力、充電量を確定する。【００７０】
目的関数となる式(11)を用いて、区間終了時の充電量(充電率SOC)U[n]の、区間終了時の充電量(充電率SOC)の指定値V[n]からの乖離を最小化する。
g20[tn] = U[n] - V[n] -> Min.  ……………………(11)【００７１】
この場合、緩和可能な制約条件は、終了時充電量(充電率SOC)の条件のみであり、終了時充電量(充電率SOC)の指定値からの逸脱を許容する。ステップ３４を経ていることから、出力変動抑制条件の出力範囲を逸脱しない実行可解があることが保証されるので、出力変動範囲に関する制約条件は、緩和不可の制約条件として扱う。【００７２】
緩和不可の制約条件として、出力変動抑制条件の出力変動範囲からの逸脱、充電量(充電率SOC)の範囲からの逸脱、充放電電流の上限値の超過を許容しない、開始時充電量(充電率SOC)の初期値は指定値に固定するという要請が記述される。【００７３】
制約条件：（ａ）蓄電池充電率SOC(充電量)の上下限制約
S[n]
= S[n-1] - Z[n] ……………………………(12)
Smin ≦ S[n]  ≦ Smax 
…………………………(13)
充電量S[n]が式(13)の範囲に制限される。
（ｂ）蓄電池充放電出力の上下限制約
Z[n]
= Y[n] - Zmin  ………………………………(14)
Zmin ≦ Z[n] ≦ Zmax 
……………………………(15)
充放電出力Z[n]が式(15)の範囲に制限される。
（ｃ）合成出力の違反量の定義制約
M[n] = Xmax - Xmin - Xrange ……………………(16)
時間t[n]の違反量M[n]が式(16)で定義される。
（ｄ）合成出力の上下限制約
Xmin ≦ X[n] ≦ Xmax  ……………………………(17)
合成出力X[n]が式(17)の範囲に制限される。
（ｅ）合成出力の変化速度の上下限制約
Cmin ≦ X[n] - X[n-1] ≦ Cmax …………………(18)
合成出力の変化速度が式(18)の範囲に制限される。
（ｆ）区間終了時間における蓄電池充電率SOC(充電量)の目標値との絶対偏差の定義制約
U[n] - V[n] = Q - S[n] ……………………………(19)
区間終了時における充電量U[n]とその指定値との差が式(19)で定義される。【００７４】
ステップ３４の判定で、(合成出力の２０分間変化量Xmax - Xmin)＞(制約値Xrange)の場合には、出力変動範囲からの逸脱は避けられないので、制約違反ケース処理ステップ３６にて、上記の制約違反量最小化ステップ（ステップ３３）の解を適用し、合成出力、充電量(入出力積算値)を確定する。【００７５】
このようにして、制約違反ケース処理ステップ３６あるいは目標充電量からの乖離最小化ステップ３３において、時間t[n]における合成出力および充放電出力(充放電制御)を決めることができる。
（ａ）時間t[n]における充放電出力Z(ｔ[n])の決定
（ｂ）時間t[n]における蓄電池充電率SOC(充電量)の決定
（ｃ）時間t[n]までの合成出力の違反量の記録【００７６】
結果出力ステップ３８では、充放電ルールの適用結果(24時間)を出力する。【００７７】
合成出力、充放電出力、充電量(充電率SOC)、出力変動範囲からの逸脱時間と逸脱量を出力する。【００７８】
以下に、充放電制御アルゴリズムを適用したシミュレーション結果の例を示す。【００７９】
図６Ａは風力発電出力を示すグラフである。図６Ｂは合成出力を示すグラフである。図６Ａ、Ｂにおいて横軸４１は時間(h)であり、縦軸４２は出力(kW)である。図６Ａの風力発電出力と図６Ｂの合成出力は対応している。【００８０】
図６Ａに示した風力発電システムＡ２１の出力（風力発電出力４３）は、充放電制御アルゴリズムの処理に対する入力データである。図６Ｂに示した、電力供給システムＡ２０の出力である合成出力４４は、充放電シミュレーションの処理における中間に算出されるデータである。【００８１】
図６Ａを見ると１３〜１４ｈの間に風力発電出力が大きく落ち込んでいるが、図６Ｂを見るとその間の合成出力の変動は抑制されている。これは蓄電池システムＡ２２の放電によるものである。このように急激な変動が緩和されることによって出力変動抑制条件の逸脱が低減される。【００８２】
図７は、蓄電池システムＡ２２の充放電出力のグラフである。図８は、充放電シミュレーションの結果から得られる蓄電池システムＡ２２の充電量のグラフである。図７、８のグラフも図６Ａ、６Ｂのグラフに対応している。【００８３】
図７において、横軸５１は時間(h)であり、縦軸５２は充放電出力(kW)である。蓄電池システムＡ２２は放電と充電を行うので、充放電出力５３には放電領域５３と充電領域５４とがある。【００８４】
図８において、横軸６１は時間(h)であり、縦軸６２は充電量(kWmin)である。充電量(kWmin)６３は充電量の時間変化を示している。充電量は充電量下限値６４と充電量上限値６５の間で制御されている。【００８５】
図７を見ると、１３〜１４ｈの間に風力発電出力の落ち込みを補うように、蓄電池システムＡ２２の放電が行われることが分かる。また、図８を見ると、蓄電池システムＡ２２の充電量は１３〜１４ｈの間の放電によって低下していることが分かる。【００８６】
図９は、充放電シミュレーションの結果から得られる合成出力の単位時間当たりの変化の程度を示すグラフである。図１０は、充放電シミュレーションの結果から得られる違反量を示すグラフである。【００８７】
図９において横軸７１は時間(h)であり、縦軸７２は出力(kW)である。単位時間当たりの合成出力の変化７３は、時間帯７５において、許容範囲の上限値７４を超え、許容範囲を逸脱している。【００８８】
図１０において横軸８１は時間(h)であり、縦軸８２は合成出力の逸脱量である。１３〜１４ｈの間に、出力変動抑制条件を逸脱し、逸脱量（違反量）８３が生じている。【００８９】
図１１は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量を決定する手順を示すフローチャートである。ここでは、まず、複数の蓄電池容量の値について、蓄電池システムＡ２２によって出力変動抑制条件の逸脱がどの程度に抑えられるかという性能（出力変動抑制性能）を評価する手順を前処理として行う。それにより、複数の蓄電池の容量の候補値に対する、出力変動制約条件の違反量が算出される。それらの違反量に基づいて蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量が決定される。【００９０】
ステップ９１は、出力変動制約条件の違反量の許容限界を設定するステップである。【００９１】
ステップ９２は、蓄電池システムＡ２２の出力変動抑制性能の評価の結果から、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量と出力変動制約条件の違反量とのトレードオフ曲線のデータを作成するステップである。【００９２】
ステップ９３は、トレードオフ曲線と出力変動制約違反量の許容限界の交点から、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量を算出するステップである。【００９３】
図１２は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量と出力変動制約条件の違反量とに関するトレードオフ曲線を描いたグラフである。【００９４】
図１２には、蓄電池の容量の各候補（ここでは４つのシミュレーション実施点１０３）について、横軸の蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量１０１と、縦軸の出力変動制約条件の違反量１０２との関係を示すプロットと、それらの点を結んだ折れ線グラフ（トレードオフ曲線）１０４が示されている。トレードオフ曲線１０４は、評価結果から直接得られるシミュレーション実施点１０３を内外挿して得られる直線あるいは曲線である。また、図１２には、合成出力の出力変動抑制条件の違反量の許容限界を示す直線１０５が描かれている。許容限界は、例えば、連系契約において電力会社と風力発電事業者が決定したり、あるいは風力発電事業者が自主的に設定したりする違反量の限度値である。【００９５】
トレードオフ曲線１０４は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量が増加するとともに、出力変動抑制条件の違反量が低下する性質を有する。そのため、トレードオフ曲線１０４と許容限界の直線１０５の交点で、出力変動抑制条件の違反量が許容範囲内に収まる、最小の蓄電池の容量が決まる。図１２における、違反量が許容範囲内に収まる最小の蓄電池の容量（決定容量）１０６が定まる。【００９６】
例えば、出力変動制約条件の違反について、定格出力(2000kW)の変動を１％まで許容すると想定すると、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の決定容量は2000kWhとなる。
【実施例２】
【００９７】
本実施例の電力供給システムも、実施例１と同様、基本的には上述した実施形態の電力供給システムＡ２０と同様の構成を有し、また蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量も上述と同様の方法で決定されたものである。本実施例では、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の決定方法の他の例について詳細に説明する。【００９８】
図１３は、実施例２における蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の決定手順を示すフローチャートである。この手順は、蓄電池システムＡ２２の出力変動抑制条件についての評価手順を前処理として実行しておく。その結果、複数の容量の候補値に対して出力変動制約条件の違反量が算出されている。【００９９】
図１３のステップ１１１は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量と、蓄電池システムＡ２２の設備コストとの関係を設定するステップである。蓄電池システムＡ２２の設備コストは、蓄電池の容量に比例すると想定できる。そのため、蓄電池の容量に容量単価(￥/kWh)を乗じた値となる。【０１００】
ステップ１１２は、蓄電池システムＡ２２の出力変動抑制条件の評価手順の処理結果から、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量とペナルティコストとの関係を算出するステップである。例えば、ペナルティコストが、出力変動抑制条件の逸脱量(kWh)に比例すると想定できる場合、出力変動抑制条件の逸脱量を表わすトレードオフ曲線にペナルティ単価(￥/kWh)を乗じた、トレードオフ曲線と相似な曲線となる。ここでは、ペナルティコストとして、評価期間の逸脱量から、蓄電池システムの運用期間の逸脱量を算出し、その得られた値を用いるものとする。【０１０１】
ステップ１１３は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の各候補について、蓄電池設備コストとペナルティコストとを合算してトータルコストを算出し、トータルコスト曲線を設定するステップである。【０１０２】
ステップ１１４は、ステップ１１３で得られたトータルコスト曲線においてトータルコストが最小となる点の蓄電池の容量の値を、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量に決定するステップである。ステップ１１３および１１４は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量から蓄電池システムＡ２２の設備コストを算出するとともに、出力変動抑制条件の逸脱量からペナルティコストを算出し、両者を合算したトータルコストを算出するコスト換算機能を構成する。【０１０３】
図１４は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量とコストとの関係について説明するためのグラフである。図１４において、横軸は、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量１２１である。縦軸は、蓄電池システムＡ２２のシステムコスト、出力変動抑制条件の逸脱によるペナルティコスト、それらを合計したトータルコストなどのコスト１２２である。【０１０４】
この図は、４点の蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の各候補値に対して、蓄電池システムＡ２２の出力変動抑制性能の評価手順を適用し、出力変動制約条件の違反量からペナルティコストを算出した結果と、４点の蓄電池の容量の各候補値に対して、蓄電池システムＡ２２の設備コストを算出した結果とが示されている。これらの結果より、ペナルティコストを表わす曲線１２３と、蓄電池設備コストを表わす曲線１２４とが得られる。また、両方のコストを合算したものが曲線１２５で示されているトータルコストである。【０１０５】
蓄電池の容量が増加するとともに出力変動制約条件の違反量が低下するため、ペナルティコストを表わす曲線１２３は蓄電池の容量の増加に応じて低下する性質を有する。一方、蓄電池の設備コストを表わす曲線は、蓄電池の容量が増加すれば、増加する性質を有する。【０１０６】
その結果、トータルコスト曲線は下に凸の曲線となり、最小点１２６を有する。トータルコスト曲線の最小点の容量値１２７を蓄電池システムＡ２２の容量として決定することができる。
【実施例３】
【０１０７】
本実施例の電力供給システムは、基本的には上述した実施形態の電力供給システムＡ２０と同様の構成を有し、また、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量も上述と同様の方法で決定されたものである。【０１０８】
本実施例では、蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量の決定方法の更に他の例について詳細に説明する。本実施例の蓄電池の容量の決定方法は、実施例１の決定方法と実施例２の決定方法とを組み合わせた方法である。ここでは、実施例１で用いた手順を決定手順１と呼び、実施例２で用いた手順を決定手順２と呼ぶ。【０１０９】
本実施例では、決定手順２で決定される容量が、決定手順１で決定される容量よりも大きくなる場合に限って、決定手順２で決定される容量を採用する。具体的には、決定手順１と決定手順２の両方で蓄電池システムＡ２２の蓄電池の容量を決定し、決定手順１で決定された容量が決定手順２で決定された容量より大きい場合には決定手順１で決定された容量を採用し、決定手順１で決定された容量が決定手順２で決定された容量より小さい場合には決定手順２で決定された容量を採用する。【０１１０】
上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１０Ａ…容量決定装置、１１Ａ…入力部、１２Ａ…処理部、２０Ａ…電力供給システム、２１…風力発電機、２１Ａ…風力発電システム、２２…構内負荷、２２Ａ…蓄電池システム、２３…蓄電池システム、２３Ａ…制御システム、２４…連系点、２４Ａ…送電系統、２５…送電系統
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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