(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電機と、前記複数の発電機が接続される電力系統とを備える電力需給システムに設けられる電力需給制御装置であって、
前記電力系統に接続され、自然エネルギーを利用して発電を行う自然エネルギー発電機の出力変動、および前記電力系統に接続される需要家群の負荷変動の少なくとも一方の変動が生じると推定される時間帯である変動時間帯を表す変動時間帯情報と、各前記発電機の出力帯に関する出力帯情報とを予め記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される前記変動時間帯情報に基づいて、現在時刻が前記変動時間帯に該当するか否かを判定する変動時間帯判定手段と、
前記変動時間帯判定手段によって前記変動時間帯に該当すると判定されると、前記電力系統の周波数変動を調整するための周波数調整容量を増加させるように、前記複数の発電機を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記複数の発電機の中から、前記周波数調整容量を増加させるために出力を変更可能な増加用発電機と、前記増加用発電機の出力の変更に対応して出力を変更可能な対応用発電機とを選択し、選択した前記増加用発電機の周波数調整容量を最大限に増加させるのに必要な最小限の前記増加用発電機の出力の変更量と、前記対応用発電機が周波数調整容量を減少させない範囲で前記増加用発電機の出力の変更量に対応可能な最大の出力の変更量とをそれぞれ算出し、算出した前記変更量に基づいて、前記増加用発電機と前記対応用発電機との間で持ち替える出力量の目標となる出力持替え量を算出する出力持替え量算出手段と、
前記出力持替え量算出手段によって算出された前記出力持替え量と、前記記憶手段に記憶される前記増加用発電機および前記対応用発電機の前記出力帯情報とに基づいて、前記増加用発電機と前記対応用発電機との間で前記出力持替え量の出力が入れ替わるように前記増加用発電機および前記対応用発電機を制御する出力持替え制御信号を作成する制御信号作成手段とを備えることを特徴とする電力需給制御装置。
【請求項２】
前記出力持替え量算出手段は、前記複数の発電機に含まれる全ての前記増加用発電機および前記対応用発電機について、前記変更量をそれぞれ算出し、算出した変更量に基づいて、前記出力持替え量を算出することを特徴とする請求項１に記載の電力需給制御装置。
【請求項３】
前記制御信号作成手段は、前記変更量に基づいて、現在の前記周波数調整容量である現在調整容量を求め、求めた現在調整容量が、前記周波数調整容量の目標値である目標調整容量よりも不足していると判断すると、前記出力持替え制御信号を作成することを特徴とする請求項１または２に記載の電力需給制御装置。
【請求項４】
複数の発電機と、前記複数の発電機が接続される電力系統とを備える電力需給システムにおける電力需給制御方法であって、
前記電力系統に接続され、自然エネルギーを利用して発電を行う自然エネルギー発電機の出力変動、および前記電力系統に接続される需要家群の負荷変動の少なくとも一方の変動が生じると推定される時間帯である変動時間帯を表す変動時間帯情報と、各前記発電機の出力帯に関する出力帯情報とを予め記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップで記憶された前記変動時間帯情報に基づいて、現在時刻が前記変動時間帯に該当するか否かを判定する変動時間帯判定ステップと、
前記変動時間帯判定ステップで前記変動時間帯に該当すると判定されると、前記電力系統の周波数変動を調整するための周波数調整容量を増加させるように、前記複数の発電機を制御する制御ステップとを備え、
前記制御ステップは、
前記複数の発電機の中から、前記周波数調整容量を増加させるために出力を変更可能な増加用発電機と、前記増加用発電機の出力の変更に対応して出力を変更可能な対応用発電機とを選択し、選択した前記増加用発電機の周波数調整容量を最大限に増加させるのに必要な最小限の前記増加用発電機の出力の変更量と、前記対応用発電機が周波数調整容量を減少させない範囲で前記増加用発電機の出力の変更量に対応可能な最大の出力の変更量とをそれぞれ算出し、算出した前記変更量に基づいて、前記増加用発電機と前記対応用発電機との間で持ち替える出力量の目標となる出力持替え量を算出する出力持替え量算出ステップと、
前記出力持替え量算出ステップで算出された前記出力持替え量と、前記記憶ステップで記憶された前記増加用発電機および前記対応用発電機の前記出力帯情報とに基づいて、前記増加用発電機と前記対応用発電機との間で前記出力持替え量の出力が入れ替わるように前記増加用発電機および前記対応用発電機を制御する出力持替え制御信号を作成する制御信号作成ステップとを備えることを特徴とする電力需給制御方法。
【請求項５】
前記出力持替え量算出ステップでは、前記複数の発電機に含まれる全ての前記増加用発電機および前記対応用発電機について、前記変更量をそれぞれ算出し、算出した変更量に基づいて、前記出力持替え量を算出することを特徴とする請求項４に記載の電力需給制御方法。
【請求項６】
前記制御信号作成ステップでは、前記変更量に基づいて、現在の前記周波数調整容量である現在調整容量を求め、求めた現在調整容量が、前記周波数調整容量の目標値である目標調整容量よりも不足していると判断すると、前記出力持替え制御信号を作成することを特徴とする請求項４または５に記載の電力需給制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の周波数変動を抑制する電力需給制御装置および電力需給制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを利用した発電機（以下「自然エネルギー発電機」という場合がある）が接続される電力系統では、自然エネルギー発電機の不確実な出力変動、および需要家群の負荷変動の結果として、電力系統の周波数変動が引き起こされる。周波数変動を抑制するために、電力需給制御装置が用いられている。従来の電力需給制御装置では、負荷側の電気機器、または電力供給側の電気事業者の有する発電機を制御する（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１に開示される電力系統の周波数制御システムは、自然エネルギー発電機の電力系統への接続量を増加させるために、電力供給過多または電力供給不足の際に、広域通信手段を介して電機機器の電力消費量を制御する。これによって、電力系統の周波数制御のための調整容量の拡大を実現する。
【０００４】
特許文献２に開示される負荷周波数制御システムは、周波数変動に対する応動を改善するために、電気事業者の有する発電機に対して、以下のようにして出力指令値を出す。まず、地域要求量を発電機種別毎の応動特性に応じた周期成分に区分し、短周期成分を出力変化の速い発電機に配分し、中長周期成分を出力変化速度の遅い発電機に配分する。このとき、地域要求量が正の場合には出力上げ側調整容量が多いものから配分し、地域要求量が負の場合には出力下げ側調整容量が多いものから配分して、各発電機に出力指令値を出す。これによって、制御が必要な地域要求量に対する制御残が少なくなり、系統全体としての制御性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１３２４０号公報（第９頁第３４行〜第１０頁第１８行）
【特許文献２】特開２００１−２３８３５５号公報（第８頁左欄第１０行〜第３８行、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されるように負荷側の電気機器の電力消費量を制御する電力需給制御装置では、各電力機器の制御量が小さいので、自然エネルギー発電機の急激な出力変動、および需要家群の大きな負荷変動に対応するために、不足する調整容量を確保する必要がある。調整容量を確保するためには、大量の電気機器を同期して制御することが必要になる。このような制御を行うためには、上位の給電システムからの需給情報信号を受け取ることが可能な電気機器を大量に普及させることが必要であるが、制御効果を発揮するに至るまでの普及には時間が掛かる。
【０００７】
また、需要家の意思を考慮せずに、周波数変動の調整容量として負荷側の電気機器を制御することは、現実的ではない。需要家の意思および負荷の重要度などを考えて制御対象を選択する構成にすると、緊急時などを除く平常時に、負荷側において調整容量を確保することができないことがある。したがって、周波数変動が生じたときの調整量を調節することが難しいという問題がある。
【０００８】
また、前述の特許文献２に開示されるように電力供給側の電気事業者の発電機を制御する電力需給制御装置では、周波数変動の調整容量が確保されており、この調整容量内で制御指令が与えられる。この調整容量は、周波数偏差などから制御対象エリアの需給アンバランス量として求められる地域要求量（Area Requirement；略称：ＡＲ）が正であり、かつ発電機出力を増加させる場合には、以下の値で規定される。すなわち、発電機の出力上限値と現在出力値との差分値、および発電機変化速度（ｋＷ／ｍｉｎ）と調整容量確保時間（ｍｉｎ）との積算値のうち、小さい方の値で規定される。この値は、周波数変動に対応可能な発電機に対する経済負荷配分制御においてベース指令値を指定するときに、ともに決定される。
【０００９】
経済負荷配分制御は、制御周期が数分単位と比較的長く、周波数変動に対する需給制御は、制御周期が秒単位と比較的短い。したがって、周波数変動に対する需給制御は、経済負荷配分制御の制御間隔の間で実行される。周波数変動に対する需給制御の各時点では、自然エネルギー発電機の出力変動、および需要家群の負荷変動の影響によって、発電機出力が変化し、調整容量が減少していることがある。その場合に、自然エネルギー発電機に急激かつ大きな変動が発生すると、調整容量が不足して、制御が困難になるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、電力系統の周波数変動を比較的容易に抑制することができる電力需給制御装置および電力需給制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電力需給制御装置は、複数の発電機と、前記複数の発電機が接続される電力系統とを備える電力需給システムに設けられる電力需給制御装置であって、前記電力系統に接続され、自然エネルギーを利用して発電を行う自然エネルギー発電機の出力変動、および前記電力系統に接続される需要家群の負荷変動の少なくとも一方の変動が生じると推定される時間帯である変動時間帯を表す変動時間帯情報と、各前記発電機の出力帯に関する出力帯情報とを予め記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶される前記変動時間帯情報に基づいて、現在時刻が前記変動時間帯に該当するか否かを判定する変動時間帯判定手段と、前記変動時間帯判定手段によって前記変動時間帯に該当すると判定されると、前記電力系統の周波数変動を調整するための周波数調整容量を増加させるように、前記複数の発電機を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記複数の発電機の中から、前記周波数調整容量を増加させるために出力を変更可能な増加用発電機と、前記増加用発電機の出力の変更に対応して出力を変更可能な対応用発電機とを選択し、選択した前記増加用発電機の周波数調整容量を最大限に増加させるのに必要な最小限の前記増加用発電機の出力の変更量と、前記対応用発電機が周波数調整容量を減少させない範囲で前記増加用発電機の出力の変更量に対応可能な最大の出力の変更量とをそれぞれ算出し、算出した前記変更量に基づいて、前記増加用発電機と前記対応用発電機との間で持ち替える出力量の目標となる出力持替え量を算出する出力持替え量算出手段と、前記出力持替え量算出手段によって算出された前記出力持替え量と、前記記憶手段に記憶される前記増加用発電機および前記対応用発電機の前記出力帯情報とに基づいて、前記増加用発電機と前記対応用発電機との間で前記出力持替え量の出力が入れ替わるように前記増加用発電機および前記対応用発電機を制御する出力持替え制御信号を作成する制御信号作成手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電力需給制御方法は、複数の発電機と、前記複数の発電機が接続される電力系統とを備える電力需給システムにおける電力需給制御方法であって、前記電力系統に接続され、自然エネルギーを利用して発電を行う自然エネルギー発電機の出力変動、および前記電力系統に接続される需要家群の負荷変動の少なくとも一方の変動が生じると推定される時間帯である変動時間帯を表す変動時間帯情報と、各前記発電機の出力帯に関する出力帯情報とを予め記憶する記憶ステップと、前記記憶ステップで記憶された前記変動時間帯情報に基づいて、現在時刻が前記変動時間帯に該当するか否かを判定する変動時間帯判定ステップと、前記変動時間帯判定ステップで前記変動時間帯に該当すると判定されると、前記電力系統の周波数変動を調整するための周波数調整容量を増加させるように、前記複数の発電機を制御する制御ステップとを備え、前記制御ステップは、前記複数の発電機の中から、前記周波数調整容量を増加させるために出力を変更可能な増加用発電機と、前記増加用発電機の出力の変更に対応して出力を変更可能な対応用発電機とを選択し、選択した前記増加用発電機の周波数調整容量を最大限に増加させるのに必要な最小限の前記増加用発電機の出力の変更量と、前記対応用発電機が周波数調整容量を減少させない範囲で前記増加用発電機の出力の変更量に対応可能な最大の出力の変更量とをそれぞれ算出し、算出した前記変更量に基づいて、前記増加用発電機と前記対応用発電機との間で持ち替える出力量の目標となる出力持替え量を算出する出力持替え量算出ステップと、前記出力持替え量算出ステップで算出された前記出力持替え量と、前記記憶ステップで記憶された前記増加用発電機および前記対応用発電機の前記出力帯情報とに基づいて、前記増加用発電機と前記対応用発電機との間で前記出力持替え量の出力が入れ替わるように前記増加用発電機および前記対応用発電機を制御する出力持替え制御信号を作成する制御信号作成ステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電力需給制御装置によれば、現在時刻が変動時間帯に該当すると変動時間帯判定手段によって判定されると、周波数調整容量を増加させるように制御手段によって複数の発電機が制御される。このとき、制御手段の出力持替え量算出手段によって、複数の発電機の中から増加用発電機と対応用発電機とが選択され、増加用発電機の周波数調整容量を最大限に増加させるのに必要な最小限の増加用発電機の出力の変更量と、対応用発電機が周波数調整容量を減少させない範囲で増加用発電機の出力の変更量に対応可能な最大の出力の変更量とが算出され、算出された変更量に基づいて、増加用発電機と対応用発電機との間の出力持替え量が算出される。算出された出力持替え量と、増加用発電機および対応用発電機の出力帯情報とに基づいて、増加用発電機と対応用発電機との間で出力持替え量の出力が入れ替わるように出力持替え制御信号が作成される。
【００１４】
これによって、増加用発電機および対応用発電機の出力を、それらの現在の運転状況に合わせて持替えるようにすることができるので、周波数調整容量を周波数変動に対応可能なように容易に増加させることができる。たとえば、周波数調整容量が所期の値から減少している場合には、周波数調整容量が所期の値になるように、周波数変動容量を増加させることができる。また、たとえば、電力系統に接続される自然エネルギー発電機の出力変動、または、電力系統に接続される需要家群の負荷変動によって、比較的大きい周波数変動が電力系統に生じていると推定される場合には、それに対応可能なように周波数調整容量を増加させることができる。したがって、電力系統の周波数変動を比較的容易に抑制することができる。
【００１５】
本発明の電力需給制御方法によれば、増加用発電機および対応用発電機の出力を、それらの現在の運転状況に合わせて持替えるようにすることができるので、周波数調整容量を周波数変動に対応可能なように容易に増加させることができる。したがって、電力系統の周波数変動を比較的容易に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態である電力需給制御装置１を備える電力需給システム１０の構成を示すブロック図である。
【図２】電力需給制御装置１を実現する計算機２０の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である電力需給制御装置１の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態である電力需給制御装置１における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態である電力需給制御装置１における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。
【図６】発電機の出力と周波数調整容量との関係の一例を示すグラフである。
【図７】発電機の出力と周波数調整容量との関係の他の例を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施の形態である電力需給制御装置における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態である電力需給制御装置における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施の形態である電力需給制御装置における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態である電力需給制御装置における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態である電力需給制御装置１を備える電力需給システム１０の構成を示すブロック図である。電力需給システム１０は、電力需給制御装置１、複数の発電機群２Ａ〜２Ｃ、発電機出力センサ４、送配電系統５、需要家群６、偏差センサ７、他の送配電系統（以下「他系統」という場合がある）８および中央給電指令装置９を備えて構成される。
【００１８】
本実施の形態では、電力需給システム１０は、３つの発電機群、すなわち第１発電機群２Ａ、第２発電機群２Ｂおよび第３発電機群２Ｃを備える。以下の説明において、第１〜第３発電機群２Ａ〜２Ｃを区別しないで示す場合は、「発電機群２Ａ〜２Ｃ」ということがある。第１〜第３発電機群２Ａ〜２Ｃは、電力需給制御装置１の制御対象となる送配電系統５に接続される。
【００１９】
第１発電機群２Ａは、複数の発電機３Ａを備える。図１では、理解を容易にするために、第１発電機群２Ａを構成する複数の発電機３Ａのうち、１つの発電機３Ａのみを図示し、残りの発電機３Ａについては記載を省略している。第１発電機群２Ａを構成する各発電機３Ａは、周波数変動に対する調整対象の発電機であり、電力需給制御装置１を用いて制御することによって、出力を増加させる発電機である。
【００２０】
第２発電機群２Ｂは、複数の発電機３Ｂを備える。図１では、理解を容易にするために、第２発電機群２Ｂを構成する複数の発電機３Ｂのうち、１つの発電機３Ｂのみを図示し、残りの発電機３Ｂについては記載を省略している。第２発電機群２Ｂを構成する各発電機３Ｂは、周波数変動に対する調整対象の発電機であり、電力需給制御装置１を用いて制御することによって、出力を減少させる発電機である。
【００２１】
第３発電機群２Ｃは、複数の発電機３Ｃを備える。図１では、理解を容易にするために、第３発電機群２Ｃを構成する複数の発電機３Ｃのうち、１つの発電機３Ｃのみを図示し、残りの発電機３Ｃについては記載を省略している。第３発電機群２Ｃを構成する各発電機３Ｃは、周波数変動に対する調整対象ではない、すなわち調整非対象の発電機である。
【００２２】
各発電機群２Ａ〜２Ｃを構成する各発電機３Ａ〜３Ｃは、電力供給側である電気事業者の発電機であり、電力需給制御装置１によって制御される。電力需給制御装置１の制御対象となる各発電機群２Ａ〜２Ｃを構成する各発電機３Ａ〜３Ｃは、本実施の形態では、火力発電機である。
【００２３】
電力需給制御装置１は、制御用通信回線１４を介して、各発電機群２Ａ〜２Ｃを構成する各発電機３Ａ〜３Ｃに接続される。電力需給制御装置１は、制御用通信回線１４を介して、各発電機群２Ａ〜２Ｃの各発電機３Ａ〜３Ｃに制御指令を与える。電力需給制御装置１は、各発電機３Ａ〜３Ｃに制御指令を与えることによって、各発電機３Ａ〜３Ｃの出力を制御する。これによって、周波数変動のための調整容量を増大する。
【００２４】
発電機出力センサ４は、各発電機群２Ａ〜２Ｃを構成する各発電機３Ａ〜３Ｃに対応して複数設けられる。具体的には、発電機出力センサ４は、各発電機３Ａ〜３Ｃに１対１に対応して、発電機３Ａ〜３Ｃと同数が設けられる。各発電機出力センサ４は、対応する各発電機３Ａ〜３Ｃに接続されるとともに、出力計測用通信回線１１を介して、電力需給制御装置１に接続される。各発電機出力センサ４は、対応する各発電機３Ａ〜３Ｃの出力値を計測する。発電機出力センサ４は、計測した出力値を表す情報（以下「出力値情報」という場合がある）を、出力計測用通信回線１１を介して、電力需給制御装置１に与える。
【００２５】
送配電系統５は、他系統８と連系線１５によって接続される。送配電系統５は、電力系統に相当する。需要家群６は、発電機群２Ａ〜２Ｃによって発電された発電電力を消費する負荷として、送配電系統５に接続される。需要家群６には、自然エネルギーを利用して発電を行う自然エネルギー発電機、たとえば太陽光発電機または風力発電機が含まれる。需要家群６に含まれる自然エネルギー発電機は、本実施の形態では、電力需給制御装置１の制御対象とはならない。自然エネルギー発電機の不確実な出力変動、および需要家群６の負荷変動の結果として、電力系統である送配電系統５の周波数変動が引き起こされる。
【００２６】
偏差センサ７は、送配電系統５に接続されるとともに、偏差計測用通信回線１２を介して、電力需給制御装置１に接続される。偏差センサ７は、たとえば連系線潮流偏差および周波数偏差を計測する。連系線潮流偏差とは、予め定める連系線潮流値からの連系線１５を流れる潮流の変化量のことである。周波数偏差とは、予め定める定格周波数からの送配電系統５の周波数の変化量のことである。偏差センサ７は、計測した連系線潮流偏差および周波数偏差を表す情報（以下「偏差情報」という場合がある）を、偏差計測用通信回線１２を介して、電力需給制御装置１に与える。
【００２７】
中央給電指令装置９は、指令用通信回線１３を介して、電力需給制御装置１に接続される。中央給電指令装置９は、中央給電指令所に設置される。中央給電指令装置９は、経済負荷配分制御機能または負荷周波数制御機能によって、出力値であるベース指令値を決定し、決定したベース指令値に対する周波数変動調整制御量を、指令用通信回線１３を介して、電力需給制御装置１に与える。
【００２８】
具体的には、中央給電指令装置９は、各発電機群２Ａ〜２Ｃに属する各発電機３Ａ〜３Ｃに対して、比較的長周期の負荷変動成分、たとえば十数分以上の周期の負荷変動成分については、予測可能な成分とし、負荷予測値に基づいて、発電機間の経済的な出力配分を考慮した経済負荷配分制御機能によって、出力値であるベース指令値を決定する。中央給電指令装置９は、比較的短周期の負荷変動成分、たとえば数分〜十数分までの周期の負荷変動成分に対しては、予測が困難であるので、変動が発生してからフィードバックして制御する負荷周波数制御機能によって、ベース指令値に対する周波数変動調整制御量を決定する。
【００２９】
図２は、電力需給制御装置１を実現する計算機２０の構成を示す図である。計算機２０は、記憶部２１、データベース部２２、演算処理部２３、受信部２４および送信部２５を備える。記憶部２１、データベース部２２、演算処理部２３、受信部２４および送信部２５は、データバス２６にそれぞれ接続されている。記憶部２１、データベース部２２、演算処理部２３、受信部２４および送信部２５は、データバス２６を介して、データの送受を行う。
【００３０】
記憶部２１は、ハードディスク・ドライブ（Hard Disk Drive；略称：ＨＤＤ）またはメモリによって実現される。演算処理部２３は、中央演算処理装置（Central Processing Unit；略称：ＣＰＵ）によって実現される。
【００３１】
図３は、本発明の第１の実施の形態である電力需給制御装置１の構成を示すブロック図である。電力需給制御装置１は、装置本体３０とデータ格納部３１とを備えて構成される。装置本体３０は、データ入力部３２、データ設定部３３、出力変動時間帯判定部３４、出力持替え量算出部３５、制御指令値作成部３６、および制御指令値出力部３７を備えて構成される。
【００３２】
装置本体３０を構成するデータ入力部３２、データ設定部３３、出力変動時間帯判定部３４、出力持替え量算出部３５、制御指令値作成部３６および制御指令値出力部３７は、データ格納部３１に格納されているデータを読出し、またはデータ格納部３１にデータを格納する。
【００３３】
データ入力部３２は、発電機出力センサ４から与えられる出力値情報、偏差センサ７から与えられる偏差情報、中央給電指令装置９から与えられるベース指令値、周波数変動調整制御量、および発電機の性能に関するデータを含む給電関連情報などを、データ格納部３１に格納する。
【００３４】
データ設定部３３は、データ格納部３１から、各発電機３Ａ〜３Ｃの出力持替え制御量の演算に必要なデータを取出して設定する。
【００３５】
出力変動時間帯判定部３４は、記憶部２１によって実現されるメモリに予め記憶される変動時間帯情報に基づいて、現在時刻が、後述する変動時間帯に該当するか否かを判定する。変動時間帯情報は、変動時間帯を表す。出力変動時間帯判定部３４は、変動時間帯判定手段に相当する。
【００３６】
出力持替え量算出部３５は、各発電機３Ａ〜３Ｃの出力持替え制御量の演算に必要なデータに基づいて、出力持替え制御量を算出する。出力持替え量算出部３５は、算出結果をデータ格納部３１に格納する。出力持替え量算出部３５は、出力持替え量算出手段に相当する。
【００３７】
制御指令値作成部３６は、出力持替え量算出部３５による算出結果と、ベース指令値および補正量などの設定データとから、制御指令値を作成する。制御指令値作成部３６は、作成した制御指令値をデータ格納部３１に格納する。制御指令値は、出力持替え制御信号に相当する。
【００３８】
制御指令値出力部３７は、データ格納部３１から制御指令値を読出す。制御指令値出力部３７は、読出した制御指令値を、制御用通信回線１４を介して各発電機３Ａ〜３Ｃに送出する。
【００３９】
データ格納部３１は、データ設定部３３によって設定された種々の設定データと、出力持替え量算出部３５による算出結果と、制御指令値作成部３６によって作成された制御指令値とをそれぞれ格納する。
【００４０】
図３に示す電力需給制御装置１の各部は、図２に示す計算機２０の各部によって実現される。データ入力部３２は、受信部２４によって実現される。制御指令値出力部３６は、送信部２５によって実現される。出力変動時間帯判定部３４、出力持替え量算出部３５および制御指令値作成部３６は、計算機２０の記憶部２１に記憶させて保存、または伝送媒体を介して読込み保存することによって、演算処理部２３において計算機２０の内部処理として実現する。データ格納部３１は、データベース部２２上に実現する。データ格納部３１は、記憶手段に相当する。
【００４１】
図４および図５は、本発明の第１の実施の形態である電力需給制御装置１における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。電力需給制御装置１に電力が供給されると、図４および図５に示すフローチャートの処理手順が開始され、ステップａ１に移行する。
【００４２】
ステップａ１において、データ設定部３３は、設定データ読込み処理を行う。具体的には、データ設定部３３は、データ格納部３１から、設定データとして、発電機機器データおよび初期設定データを読込む。発電機機器データおよび初期設定データは、データ設定部３３で必要なデータとして、データ入力部３２によって取得されて、データ格納部３１に格納される。
【００４３】
発電機機器データは、各発電機３Ａ〜３Ｃにおける１つ以上の出力帯に関する出力帯情報、たとえば出力上限値、出力下限値および出力変化速度などであり、電力需給制御装置１による電力需給制御処理に必要なデータである。表１に、発電機機器データのデータ形式の一例を示す。
【００４４】
【表１】
0005661053.tif 000002
【００４５】
表１では、発電機Ｎｏが「１」である第１発電機（以下「Ａ発電機」という場合がある）３Ａに２つの出力帯が存在し、発電機Ｎｏが「２」である第２発電機（以下「Ｂ発電機」という場合がある）３Ｂ、および発電機Ｎｏが「３」である第３発電機（以下「Ｃ発電機」という場合がある）３Ｃに３つの出力帯が存在する場合を示している。
【００４６】
表１において、存在しない出力帯に対する出力上限値、出力下限値および出力変化速度の欄には、記号「−」を記載している。出力帯は、出力が小さい方から昇順に、出力帯番号（出力帯Ｎｏ）として１、２、３、…を対応付けて、第１出力帯、第２出力帯、第３出力帯、…ということとする。出力変化速度の値は、出力変化速度情報に相当する。出力変化速度を含む発電機機器データを、データ入力部３２によって取得して、データ格納部３１に格納することは、記憶ステップに相当する。
【００４７】
初期設定データは、自系統の系統定数と、自然エネルギー発電機の出力変動の大きさを判定するための閾値（以下「変動判定閾値」という）と、周波数調整容量の確保に必要な時間（以下「周波数調整容量確保時間」という）と、変動時間帯とを含む。「変動時間帯」とは、需要家群６に含まれる自然エネルギー発電機の出力変動および需要家群６の負荷変動の少なくとも一方の変動が生じると推定される時間帯である。表２および表３に、初期設定データのデータ形式の一例を示す。
【００４８】
【表２】
0005661053.tif 000003
【００４９】
【表３】
0005661053.tif 000004
【００５０】
表２には、系統定数、変動判定閾値および周波数調整容量確保時間を示している。表３には、変動時間帯の開始時刻と終了時刻とを、１時間単位で示している。変動時間帯は、たとえば自然エネルギー発電機の出力変動の変動時間帯である場合は、次のようにして推定される。
【００５１】
過去数年分もしくはそれ以上の年数分の需要実績データまたは自然エネルギー発電機の出力実績データを、ウェーブレット変換などの周期成分に分解して分析する方法を用いて、数分〜十数分の領域の成分の大きさを抽出する。需要実績データおよび出力実績データは、いずれも、少なくとも１分周期かそれより短い周期で計測したデータである。
【００５２】
変動時間帯が需要実績データに基づいて推定されたものであるとき、主に太陽光または風力といった自然エネルギーを利用した自然エネルギー発電機の出力を負荷側計測データとして含んでいる場合は、天候などの気象条件との相関をさらに分析すると、自然エネルギー発電機の出力の影響を受けて変動の大きい時間帯を推定することができる。
【００５３】
自然エネルギー発電機の出力は、主として気象条件に左右されるので、初期設定データは、最新の気象条件に合わせて見直して与えられる。初期設定データは、出力変動時間帯判定部３４で必要となるデータとして、データ入力部３２によって取得されて、データ格納部３１に格納される。
【００５４】
ステップａ１における発電機機器データおよび初期設定データの読込み処理では、データベース部２２によって実現されるデータ格納部３１に格納されている発電機機器データおよび初期設定データから、電力需給制御処理を実行するにあたって必要なデータが取出される。そして、記憶部２１によって実現されるメモリに格納される変数が初期化されて、取出されたデータの値がセットされる。このとき、図４および図５に示すフローチャートの一連の制御処理によって最終的に求められる、各発電機に対する周波数変動調整容量の修正量を格納する変数は、まだ算出されていないので、記憶部２１によって実現されるメモリに格納される変数を「０」として、初期化しておく。発電機機器データおよび初期設定データの読込み処理が終了すると、ステップａ２に移行する。
【００５５】
ステップａ２において、出力変動時間帯判定部３４は、記憶部２１によって実現されるメモリに格納される変動時間帯のセットを参照して、現在時刻が変動時間帯に該当するか否かを判定する。メモリに記憶される変動時間帯のセットは、変動時間帯情報に相当し、ステップａ２は、変動時間帯判定ステップに相当する。ステップａ２において、変動時間帯に該当すると判定された場合は、ステップａ３に移行し、変動時間帯に該当しないと判定された場合は、全ての処理手順を終了する。
【００５６】
本実施の形態では、ステップａ２において、出力変動時間帯判定部３４によって、現在時刻が変動時間帯に該当するか否かを判定するようにしているが、これに限定されず、たとえば、電力需給制御システム１０の操作者による手動設定に基づいて前記判定を行うようにしてもよい。この場合、操作者は、不図示の操作部を操作することによって、現在時刻が変動時間帯に該当するか否かを手動で設定する。
【００５７】
ステップａ３において、データ設定部３３は、データベース部２２によって実現されるデータ格納部３１に格納されている発電機状態データおよび系統状態データを取出す。次いで、データ設定部３３は、記憶部２１によって実現されるメモリに格納されている変数を初期化して、取出したデータの値をセットする。系統状態データおよび発電機状態データは、データ設定部３３で必要なデータとして、データ入力部３２によって取得されて、データ格納部３１に格納される。
【００５８】
系統状態データは、偏差センサ７によって計測された連系線潮流偏差および周波数偏差に関する計測データから成る。表４に、系統状態データのデータ形式の一例を示す。
【００５９】
【表４】
0005661053.tif 000005
【００６０】
発電機状態データは、発電機出力センサ４によって計測された発電機３Ａ〜３Ｃに関する計測データと、運用に際して電力需給制御システム１０の操作者が設定している現在設定値とから成る。表５に、発電機状態データのデータ形式の一例を示す。
【００６１】
【表５】
0005661053.tif 000006
【００６２】
表５では、「周波数変動に対する調整対象発電機」の欄に、複数の発電機３Ａ〜３Ｃのうち、周波数変動の調整に参加する電力需給制御の対象の発電機である調整対象発電機については「１」を記載し、調整対象発電機でない、すなわち電力需給制御の対象外の発電機については「０」を記載する。また、発電機が現在存在している出力帯の番号（以下「出力帯Ｎｏ」という場合がある）を表５の最終列の「現在出力帯」の欄に示す。各出力帯Ｎｏに対応する出力帯の特性は、対応する発電機の発電機機器データにおいて、該当する出力帯Ｎｏの欄を参照すればよい。系統状態データおよび発電機状態データの読込み処理が終了すると、ステップａ４に移行する。
【００６３】
ステップａ４において、出力持替え量算出部３５は、需要家群６に含まれる自然エネルギー発電機の出力変動および需要家群６の負荷変動の少なくとも一方の変動が発生したか否かを判断する。具体的には、出力持替え量算出部３５は、電力需給制御動作の動作時間内に、自然エネルギー発電機の出力変動および需要家群６の負荷変動の少なくとも一方の変動が発生したか否かを判断する。これは、電力需給制御動作中に出力変動および負荷変動のいずれかの変動が発生したときに、電力需給制御動作を継続すると、変動に対応して発電機３Ａ〜３Ｃである火力発電機の出力を追随させる負荷周波数制御と逆の制御動作を起こすためである。
【００６４】
本実施の形態では、負荷周波数制御は、周波数バイアス連系線電力制御（Tie line Bias Control；略称：ＴＢＣ）方式によって行われる。ＴＢＣ方式では、偏差センサ７によって計測される連系線潮流偏差と周波数偏差とから、制御対象エリアとなる自系統の需給アンバランス量を地域要求量（Area Requirement；略称：ＡＲ）として求めて、ＡＲに応じて発電機の出力を制御する。ＡＲ（ＭＷ）は、以下の式（１）によって求められる。式（１）において、Ｋは系統定数（ＭＷ／Ｈｚ）を示し、ΔＦは周波数偏差（Ｈｚ）を示し、ΔＰＴは連系線潮流偏差（ＭＷ）を示す。
【００６５】
【数１】
0005661053.tif 000007
【００６６】
変動が発生したか否かの判断は、ＡＲを求めて、ＡＲと変動判定閾値とを比較することによって行われる。ＡＲが変動判定閾値以上である場合は、変動が発生したと判断されて、全ての処理手順を終了し、ＡＲが変動判定閾値未満である場合は、変動が発生していないと判断されて、ステップａ５に移行する。
【００６７】
ステップａ５において、出力持替え量算出部３５は、電力需給制御のための処理対象となる調整対象発電機（以下「対象発電機」という場合がある）のうち、未選択であるものがあるか否かを判断する。ここで、処理対象となる対象発電機は、周波数変動に対して出力調整可能な負荷周波数制御の対象となる対象発電機である。
【００６８】
負荷周波数制御の対象発電機であるか否かは、発電機状態データの「周波数変動に対する調整対象発電機」の項目の変数によって判別できる。この変数が「１」である場合は、負荷周波数制御の対象発電機であると判断され、変数が「０」である場合は、負荷周波数制御の非対象の発電機であると判断される。
【００６９】
ステップａ５において、未選択の対象発電機があると判断されると、ステップａ６の対象発電機選択処理に移行し、未選択の対象発電機が無いと判断されると、図５に示すステップａ１０の持替え発電機選択処理に移行する。ステップａ６において、出力持替え量算出部３５は、未選択の対象発電機の中から、１台の発電機を選択する。発電機が選択されると、ステップａ７に移行する。
【００７０】
ステップａ７において、出力持替え量算出部３５は、選択した発電機（以下「選択発電機」という場合がある）の現在の状態に基づいて、周波数調整容量を増加可能であるか否かを判断する。ステップａ７の処理によって、全ての選択発電機は、周波数調整容量を増加可能な状態の発電機と、増加不可能な状態の発電機との２種類に分類される。
【００７１】
周波数調整容量を増加可能であるか否かの判断処理は、具体的には以下のようにして実行される。まず、出力持替え量算出部３５は、発電機状態データおよび発電機機器データから読み込んだデータを参照して、発電機の出力を基準にして、以下の（Ｓ１）および（Ｓ２）のいずれの状態に当てはまるのかを判断する。ここでは、出力を上げる側（以下「出力上げ側」という場合がある）の発電機の周波数調整容量を一例として説明するが、出力を下げる側（以下「出力下げ側」という場合がある）の発電機の周波数調整容量の場合も同様に考えることができる。
【００７２】
（Ｓ１）周波数調整容量を増加可能な状態（図６参照）。
【００７３】
（Ｓ２）周波数調整容量を増加不可能な状態（図７参照）。
【００７４】
図６は、発電機の出力と周波数調整容量との関係の一例を示すグラフである。図６において、縦軸は、周波数調整容量を示し、横軸は、発電機の出力を示す。各運転点Ｘ１，Ｘ２の発電機の出力に対して、周波数調整容量は、実線のグラフのように規定される。周波数調整容量の最大値は、現在の出力帯における出力変化速度と調整容量確保時間との積で決まる。
【００７５】
前記（Ｓ１）の状態は、発電機の出力が、図６の第１運転点Ｘ１にある場合に相当する。このとき、周波数調整容量は、最大出力値Ｐｂ，ｍａｘで制限されている。第１運転点Ｘ１から第２運転点Ｘ２へ発電機の出力を減少させると、この発電機の周波数調整容量を最大限に増加させることができる。この増加量Ｑを「個別周波数調整容量増大可能量」と定義する。これを実現するために必要な最小限の発電機の出力の調整量、図６に示す例の場合は出力の減少量ＰＮｋを、「個別持替え必要量」と定義する。個別周波数調整容量増大可能量Ｑと個別持替え必要量ＰＮｋとは同量、すなわち同じ大きさである。
【００７６】
選択発電機ｋの個別持替え必要量ＰＮｋ（ＭＷ）は、以下の式（２）で表される。式（２）において、Ｐｋは選択発電機ｋの現在の出力を示し、Ｒｂｋは当該出力帯ｂにおける出力変化速度を示し、Ｔは周波数調整容量確保時間を示し、Ｐｂｋ，ｍａｘは当該出力帯ｂにおける出力上限値を示す。式（２）で表される個別持替え必要量ＰＮｋが正または０である場合、出力持替え量算出部３５は、前記（Ｓ１）の周波数調整容量を増加可能な状態であると判断する。
【００７７】
【数２】
0005661053.tif 000008
【００７８】
図７は、発電機の出力と周波数調整容量との関係の他の例を示すグラフである。図７において、縦軸は、周波数調整容量を示し、横軸は、発電機の出力を示す。各運転点Ｙ１，Ｙ２の発電機の出力に対して、周波数調整容量は、実線のグラフのように規定される。
【００７９】
前記（Ｓ２）の状態は、発電機の出力が、図７の第１運転点Ｙ１にある場合に相当する。このとき、周波数調整容量は、出力変化速度で制限されているので、これ以上、周波数調整容量を増加させることができない。周波数調整容量を減少させない範囲で、個別持替え必要量に対応可能な最大の出力調整量を得るためには、第１運転点Ｙ１を第２運転点Ｙ２へ変更することである。このときの出力調整量、図７に示す例の場合は出力の増大量ＰＳｋを、「個別持替え対応可能量」と定義する。
【００８０】
選択発電機ｋの個別持替え対応可能量ＰＳｋ（ＭＷ）は、以下の式（３）で表される。式（３）において、Ｐｂｋ，ｍａｘ、Ｒｂｋ、ＴおよびＰｋは、式（２）と同義である。式（３）で表される個別持替え対応可能量ＰＳｋが正である場合、出力持替え量算出部３５は、前記（Ｓ２）の周波数調整容量を増加不可能な状態であると判断する。同一の発電機に対する個別持替え必要量ＰＮｋと個別持替え対応可能量ＰＳｋとが同時に正になることはない。
【００８１】
【数３】
0005661053.tif 000009
【００８２】
以上のようにして、図５に示すステップａ７の周波数調整容量を増加可能であるか否かの判断処理が実行される。ステップａ７において、選択発電機が周波数調整容量を増加可能な状態であると判断された場合には、ステップａ８に移行し、選択発電機が周波数調整容量を増加不可能な状態であると判断された場合には、ステップａ９に移行する。
【００８３】
ステップａ８において、出力持替え量算出部３５は、選択発電機ｋに対する個別持替え必要量ＰＮｋを式（２）に従って算出する。出力持替え量算出部３５は、算出した個別持替え必要量ＰＮＫを、記憶部２１に記憶する。このとき、出力持替え量算出部３５は、選択発電機ｋに対する個別持替え対応可能量ＰＳｋを、便宜的に「０」として、記憶部２１に記憶する。個別持替え必要量が算出されると、ステップａ５に戻り、前述の処理が繰返し行われる。
【００８４】
ステップａ９において、出力持替え量算出部３５は、選択発電機ｋに対する個別持替え対応可能量ＰＳｋを式（３）に従って算出する。出力持替え量算出部３５は、算出した個別持替え対応可能量ＰＳＫを、記憶部２１に記憶する。このとき、出力持替え量算出部３５は、選択発電機ｋに対する個別持替え必要量ＰＮｋを、便宜的に「０」として、記憶部２１に記憶する。個別持替え対応可能量が算出されると、ステップａ５に戻り、前述の処理が繰返し行われる。
【００８５】
ステップａ５から図５のステップａ１０に移行した場合、ステップａ１０において、出力持替え量算出部３５は、持替え発電機選択処理を行う。具体的には、出力持替え量算出部３５は、まず、記憶部２１に記憶されている各発電機に対する個別持替え必要量ＰＮｋおよび個別持替え対応可能量ＰＳｋの値を参照して、周波数変動に対して出力調整可能な全ての対象発電機を、個別持替え必要発電機グループＧＮと、個別持替え対応可能発電機グループＧＳとに分類する。
【００８６】
個別持替え必要発電機グループＧＮを以下の式（４）で定義し、個別持替え対応可能発電機グループＧＳを以下の式（５）で定義する。以下の説明では、個別持替え必要発電機グループＧＮを「必要発電機グループＧＮ」といい、個別持替え対応可能発電機グループＧＳを「対応可能発電機グループＧＳ」という場合がある。必要発電機グループＧＮに属する発電機は、増加用発電機に相当する。対応可能発電機グループＧＳに属する発電機は、対応用発電機に相当する。
【００８７】
【数４】
0005661053.tif 000010
【００８８】
【数５】
0005661053.tif 000011
【００８９】
出力持替え量算出部３５は、必要発電機グループＧＮおよび対応可能発電機グループＧＳの各グループに属する発電機のうち、１台の発電機を適当な基準でそれぞれ選択する。たとえば、出力持替え量算出部３５は、必要発電機グループＧＮに属する発電機のうち、個別持替え必要量ＰＮｋが最も大きい発電機を選択し、対応可能発電機グループＧＳに属する発電機のうち、個別持替え対応可能量ＰＳｋが最も大きい発電機を選択する。
【００９０】
以下の説明では、必要発電機グループＧＮから選択された発電機を「ｋ１発電機」といい、対応可能発電機グループＧＳから選択された発電機を「ｋ２発電機」という。出力持替え量算出部３５は、ｋ１発電機の個別持替え必要量ＰＮｋ１（ＭＷ）と、ｋ２発電機の個別持替え対応可能量ＰＳｋ２（ＭＷ）とを記憶部２１に記憶する。以上のようにして持替え発電機選択処理が行われると、ステップａ１１に移行する。
【００９１】
ステップａ１１において、出力持替え量算出部３５は、出力持替え量決定処理を行う。具体的には、出力持替え量算出部３５は、まず、記憶部２１に記憶されている個別持替え必要量ＰＮｋ１と個別持替え対応可能量ＰＳｋ２とを参照して、両者の大小比較を行う。出力持替え量算出部３５は、個別持替え必要量ＰＮｋ１と個別持替え対応可能量ＰＳｋ２とのうち、小さい方の値を発電機出力持替え量ＰＣ（ＭＷ）として決定し、記憶部２１のメモリに変数として記憶する。すなわち、発電機出力持替え量ＰＣは、以下の式（６）によって表される。このようにして出力持替え量決定処理が行われると、ステップａ１２に移行する。
【００９２】
【数６】
0005661053.tif 000012
【００９３】
ステップａ１２において、データ設定部３３は、制御データ読込み処理を行う。具体的には、データ設定部３３は、まず、データベース部２２によって実現されるデータ格納部３１に格納されているベース指令値データおよび周波数変動調整制御データから、各発電機３Ａ〜３Ｃに対するベース指令値データおよび周波数変動調整制御データを取出す。
【００９４】
データ設定部３３は、取出したデータのうち、発電機ｋに対するベース指令値データおよび周波数変動調整制御データの値を、記憶部２１のメモリ上の変数Ｂｋ、Ｌｋにそれぞれセットする。
【００９５】
表６に、ベース指令値データの一例を示す。ベース指令値データは、中央給電指令所に設置される中央給電指令装置９から電力需給制御装置１に与えられるベース指令値から成るデータである。表６に示すように、データ格納部３１には、各発電機３Ａ〜３Ｃに対して経済負荷配分制御によって決定されたベース指令値が格納されている。
【００９６】
【表６】
0005661053.tif 000013
【００９７】
表７に、周波数変動調整制御データの一例を示す。周波数変動調整制御データは、中央給電指令所に設置される中央給電指令装置９から電力需給制御装置１に与えられる周波数変動調整制御量から成るデータである。表７に示すように、データ格納部３１には、周波数変動に対する調整対象発電機に対しては、負荷周波数制御機能によって決定された周波数変動調整量が格納され、調整対象発電機でない発電機に対しては、周波数変動調整量として「０」が格納されている。
【００９８】
【表７】
0005661053.tif 000014
【００９９】
以上のようにして制御データ読込み処理が行われると、ステップａ１３に移行する。ステップａ１３において、制御指令値作成部３６は、持替え制御信号作成処理を行う。
【０１００】
具体的には、制御指令値作成部３６は、ステップａ１１で記憶部２１のメモリ上の変数に読み込んだ発電機出力持替え量ＰＣと、ステップａ１の設定データ読込み処理で変数に読み込んだ設定データのうち、少なくとも出力変化速度とを参照して、発電機の出力の持替えによる需給アンバランスの発生で、不要なＡＲを生じないように、発電機出力持替え制御信号を作成する。制御指令値作成部３６は、たとえば、次のようにして発電機出力持替え制御信号を作成する。
【０１０１】
制御指令値作成部３６は、まず、選択したｋ１発電機の個別持替え必要量ＰＮｋ１とｋ２発電機の個別持替え対応可能量ＰＳｋ２とを変化させるのに必要な調整時間のうち最小の値を調整係数αとして、以下の式（７）に従って求める。
【０１０２】
【数７】
0005661053.tif 000015
【０１０３】
制御指令値作成部３６は、求めた調整係数αの値を用いて、ｋ１発電機とｋ２発電機とに対して、以下の式（８）および式（９）に従って、持替え制御量ＰＳｋ２＾およびＰＮｋ１＾をそれぞれ算出する。ここでは、便宜上、式（８）の左辺を「ＰＳＫ２＾」と記載し、式（９）の左辺を「ＰＮｋ１＾」と記載している。式（８）は、ｋ２発電機の個別持替え対応可能量ＰＳｋ２に対する持替え制御量ＰＳｋ２＾を表し、式（９）は、ｋ１発電機の個別持替え必要量ＰＮｋ１に対する持替え制御量ＰＮｋ１＾を表している。
【０１０４】
【数８】
0005661053.tif 000016
【０１０５】
【数９】
0005661053.tif 000017
【０１０６】
制御指令値作成部３６は、ｋ１発電機およびｋ２発電機以外の対象発電機に対して、持替え制御量ＰＳｉ＾，ＰＮｉ＾が、式（１０）および式（１１）を満たすようにする。ここでは、便宜上、式（１０）の左辺を「ＰＳｉ＾」と記載し、式（１１）の左辺を「ＰＮｉ＾」と記載している。式（１０）は、ｉ発電機の個別持替え対応可能量ＰＳｋに対する持替え制御量ＰＳｉ＾を表し、式（１１）は、ｉ発電機の個別持替え必要量ＰＮｋに対する持替え制御量ＰＮｋ１＾を表している。
【０１０７】
【数１０】
0005661053.tif 000018
【０１０８】
【数１１】
0005661053.tif 000019
【０１０９】
制御指令値作成部３６は、式（１０）および式（１１）に従って得られた持替え制御量ＰＳｋ２＾、ＰＮｋ１＾に基づいて、以下の式（１２）に従って、発電機出力持替え制御信号（以下「出力持替え制御信号」という場合がある）Ｃｌを求める。制御指令値作成部３６は、求めた出力持替え制御信号Ｃｌを、データベース部２２によって実現されるデータ格納部３１に格納する。以上のようにして持替え制御信号作成処理が行われると、ステップａ１４に移行する。
【０１１０】
【数１２】
0005661053.tif 000020
【０１１１】
ステップａ１４において、制御指令値出力部３７は、制御信号送出処理を行う。具体的には、制御指令値出力部３７は、データ格納部３１に格納されている各発電機３Ａ〜３Ｃに対する出力持替え制御信号Ｃｌを送出する。このとき、出力上げ側の周波数調整容量の場合、以下の式（１３）を満たす発電機への出力持替え制御信号Ｃｌは、第３発電機群２Ｃの各発電機３Ｃへ与えられる。以下の式（１４）を満たす発電機への出力持替え制御信号Ｃｌは、第２発電機群２Ｂの各発電機３Ｂへ与えられる。以下の式（１５）を満たす発電機への出力持替え制御信号Ｃｌは、第１発電機群２Ａの各発電機３Ａへ与えられる。
【０１１２】
【数１３】
0005661053.tif 000021
【０１１３】
【数１４】
0005661053.tif 000022
【０１１４】
【数１５】
0005661053.tif 000023
【０１１５】
各発電機群２Ａ〜２Ｃの各発電機３Ａ〜３Ｃは、与えられた出力持替え制御信号Ｃｌに従って、出力制御を実施する。以上のようにして制御信号送出処理が行われると、図４のステップａ２に戻り、前述の処理が繰返し行われる。ステップａ５〜ステップａ１４は、制御ステップに相当する。そのうち、ステップａ５〜ステップａ１１は、出力持替え量算出ステップに相当する。ステップａ１２〜ステップａ１３は、制御信号作成ステップに相当する。
【０１１６】
以上に述べた図４および図５に示すフローチャートの処理において、データ設定部３３、出力持替え量算出部３５、制御指令値作成部３６および制御指令値出力部３７で必要なデータは、データ入力部３２によって取得されて、データ格納部３１に格納される。
【０１１７】
以上のように本実施の形態では、現在時刻が変動時間帯に該当すると出力変動時間帯判定部３４によって判定されると、周波数調整容量を増加させるように、出力持替え量算出部３５、制御指令値作成部３６および制御指令値出力３７によって、複数の発電機３Ａ〜３Ｃが制御される。出力持替え量算出部３５によって、複数の発電機３Ａ〜３Ｃの中から、増加用発電機と対応用発電機とが選択され、増加用発電機に必要な出力の変更量と、対応用発電機が対応可能な出力の変更量とが算出され、算出された変更量に基づいて、増加用発電機と対応用発電機との間の出力持替え量が算出される。算出された出力持替え量と、増加用発電機および対応用発電機の出力変化速度情報とに基づいて、増加用発電機と対応用発電機との間で出力持替え量の出力が入れ替わるように制御信号が作成される。
【０１１８】
これによって、増加用発電機および対応用発電機の出力を、それらの現在の運転状況に合わせて持替えるようにすることができるので、周波数調整容量を周波数変動に対応可能なように容易に増加させることができる。たとえば、周波数調整容量が所期の値から減少している場合には、周波数調整容量が所期の値になるように、周波数変動容量を増加させることができる。また、送配電系統７に接続される需要家群６に含まれる自然エネルギー発電機の出力変動、または、需要家群６の負荷変動による比較的大きい周波数変動が生じると推定される場合には、それに対応可能なように周波数調整容量を増加させることができる。したがって、電力系統である送配電系統５の周波数変動を比較的容易に抑制することができる。
【０１１９】
具体的に述べると、本実施の形態では、自然エネルギー発電機の出力変動および需要家群６の負荷変動に備えて、複数の発電機３Ａ〜３Ｃのうちの任意の２台の発電機の出力を、それらの発電機の現在の運転状況に合わせて、各発電機の制御タイミングにおいて、予め持替えておく。すなわち、２台の発電機のうち、一方の発電機の出力を上げ、他方の発電機の出力を下げるように制御する。このような制御を、以下の説明では「出力持替え制御」という場合がある。
【０１２０】
出力持替え制御を行うことによって、周波数変動を抑制するために数秒周期で電力需給制御装置１によって実行される電力需給制御において、周波数変動の調整容量が増加するように制御を行うことができる。
【０１２１】
また、出力上げ側の周波数調整容量の拡大を主目的として制御を行うことによって、出力下げ側の周波数調整容量も副次的に拡大する場合がある。したがって、周波数変動への制御性を全体的に強化することができる。
【０１２２】
また本実施の形態では、出力持替え制御の過程において、出力持替え対象となる発電機群に属する発電機に対する出力変化速度を考慮しているので、出力持替え制御によって、不要な地域要求量（ＡＲ）の変動が引き起こされることがない。また出力持替え制御は、出力変動に備えた制御であるが、実際に出力変動が発生しなかった場合でも、不要なＡＲの変動を引き起こすことがない。
【０１２３】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態である電力需給制御装置を備える電力需給システムは、前述の第１の実施の形態の電力需給制御システム１０と同一の構成を有する。したがって、対応する部分には同一の参照符号を付して、図示および共通する説明を省略する。
【０１２４】
図８および図９は、本発明の第２の実施の形態である電力需給制御装置における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。図８および図９に示すフローチャートは、図４および図５に示すフローチャートと類似しているので、図４および図５と同一のステップについては、同一のステップ番号を付して、共通する説明を省略する。
【０１２５】
前述の第１の実施の形態では、出力持替え制御を行う発電機を任意の２台としているのに対し、本実施の形態の電力需給制御処理では、周波数変動に対する調整が可能な全ての発電機を対象にして、出力持替え制御を行う複数台の発電機を特定して制御を行う。この点で、第１の実施の形態と本実施の形態とは異なる。
【０１２６】
具体的には、本実施の形態の電力需給制御装置は、前述の図５に示すステップａ１０、ステップａ１１およびステップａ１３の処理に代えて、図９に示すステップｂ１、ステップｂ２およびステップｂ３の処理をそれぞれ行う。
【０１２７】
ステップｂ１、ステップｂ２およびステップｂ３以外のステップ、すなわちステップａ１〜ステップａ９、ステップａ１２およびステップａ１４の各処理は、前述の第１の実施の形態と同様に行われる。各処理において、読込まれるデータの内容も、前述の第１の実施の形態と同じである。以下の説明では、ステップｂ１、ステップｂ２およびステップｂ３の各処理を中心に説明する。
【０１２８】
本実施の形態では、図８に示すステップａ５において、未選択の対象発電機が無いと判断されると、図９に示すステップｂ１に移行する。ステップｂ１において、出力持替え量算出部３５は、記憶部１２に記憶されている各発電機に対する個別持替え必要量ＰＮｋおよび個別持替え対応可能量ＰＳｋの値を参照して、周波数変動に対して出力調整可能な全ての対象発電機を、個別持替え必要発電機グループＧＮと個別持替え対応可能発電機グループＧＳとに分類する。
【０１２９】
個別持替え必要発電機グループＧＮは、前述の式（４）で表され、個別持替え対応可能発電機グループＧＳは、前述の式（５）で表される。
【０１３０】
出力持替え量算出部３５は、各グループについて、以下の式（１６）に従って、持替え対応可能量ＴＰＳ（ＭＷ）として個別持替え対応可能量ＰＳｋの和を算出するとともに、以下の式（１７）に従って、持替え必要量ＴＰＮ（ＭＷ）として個別持替え必要量ＰＮｋの和を算出し、記憶部２１に記憶する。このようにして持替え必要量ＴＰＮおよび持替え対応可能量ＴＰＳが算出されると、ステップｂ２に移行する。
【０１３１】
【数１６】
0005661053.tif 000024
【０１３２】
【数１７】
0005661053.tif 000025
【０１３３】
ステップｂ２において、出力持替え量算出部３５は、出力持替え量決定処理を行う。具体的には、出力持替え量算出部３５は、まず、記憶部２１に記憶されている持替え必要量ＴＰＮと持替え対応可能量ＴＰＳとを参照して、大小比較を行う。
【０１３４】
出力持替え量算出部３５は、持替え必要量ＴＰＮと持替え対応可能量ＴＰＳとのうち小さい方の値を、出力持ち替え量ＰＣ（ＭＷ）として決定し、記憶部２１のメモリ上の変数に記憶する。すなわち、ＰＣは、以下の式（１８）によって表される。このようにして出力持替え量決定処理が行われると、ステップａ１２に移行する。
【０１３５】
【数１８】
0005661053.tif 000026
【０１３６】
ステップａ１２において、データ設定部３３は、前述の第１の実施の形態と同様にして、制御データ読込み処理を行う。具体的には、データ設定部３３は、データベース部２２によって実現されるデータ格納部３１に格納されているベース指令値データおよび周波数変動調整制御データから、各発電機に対するベース指令値データおよび周波数変動調整制御データを取出す。
【０１３７】
データ設定部３３は、取出した発電機ｋに対するベース指令値データおよび周波数変動調整制御データの値を、記憶部２１のメモリ上の変数Ｂｋ、Ｌｋにそれぞれセットする。このようにして制御データ読込み処理が行われると、ステップｂ３に移行する。
【０１３８】
ステップｂ３において、制御指令値作成部３６は、持替え制御信号作成処理を行う。具体的には、制御指令値作成部３６は、まず、ステップａ１１で記憶部２１のメモリ上の変数に読込んだ各発電機の出力持替え量ＰＣと、ステップａ１の設定データ読込み処理で変数に読込んだ設定データのうち、少なくとも出力変化速度とを参照して、発電機の出力の持替えによる需給アンバランスの発生で、不要なＡＲを生じないように、出力持替え制御信号を作成する。
【０１３９】
本実施の形態では、制御指令値作成部３６は、たとえば、次のようにして出力持替え制御信号を作成する。制御指令値作成部３６は、まず、各発電機の個別持替え必要量ＰＮと個別持替え対応可能量ＰＳとを変化させるのに必要な調整時間のうち最小の値を調整係数βとして、以下の式（１９）に従って求める。
【０１４０】
【数１９】
0005661053.tif 000027
【０１４１】
制御指令値作成部３６は、求めた調整係数βの値を用いて、周波数変動に対して出力調整可能な全ての対象発電機の各発電機に対して、以下の式（２０）および式（２１）に従って、持替え制御量ＰＳｉ＾およびＰＮｉ＾をそれぞれ算出する。
【０１４２】
【数２０】
0005661053.tif 000028
【０１４３】
【数２１】
0005661053.tif 000029
【０１４４】
制御指令値作成部３６は、式（２０）および式（２１）に従って得られた持替え制御量ＰＳｉ＾、ＰＮｉ＾に基づいて、前述の式（１２）に従って、出力持替え制御信号Ｃｌを求める。制御指令値作成部３６は、求めた出力持替え制御信号Ｃｌを、データベース部２２によって実現されるデータ格納部３１に格納する。以上のようにして持替え制御信号作成処理が行われると、ステップｂ１４に移行し、前述の第１の実施の形態と同様の処理が行われる。
【０１４５】
以上のように本実施の形態では、自然エネルギー発電機の出力変動および需要家群６の負荷変動に備えて、周波数変動に対応可能な全ての発電機を対象にして、発電機の出力を、それらの発電機の現在の運転状況に合わせて、各発電機の制御タイミングにおいて、予め持替えておく。
【０１４６】
これによって、周波数変動を抑制するために数秒周期で電力需給制御装置によって実行される電力需給制御において、周波数変動の調整容量が、初期に確保されている量から減少している場合には、周波数変動の調整容量を修正するように制御する、または、調整容量を増加させるように制御することができる。
【０１４７】
また、出力上げ側の周波数調整容量の拡大を主目的として制御を行うことによって、出力下げ側の周波数調整容量も副次的に拡大する場合がある。したがって、周波数変動への追随性を全体的に強化することができる。
【０１４８】
また本実施の形態では、出力持替え制御の過程において、出力持替え対象となる発電機群に属する発電機に対する出力変化速度を考慮しているので、出力持替え制御によって、不要な地域要求量（ＡＲ）の変動が引き起こされることがない。また出力持替え制御は、出力変動に備えた制御であるが、本実施の形態では、実際に出力変動が発生しなかった場合でも、不要なＡＲの変動を引き起こすことがない。
【０１４９】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態である電力需給制御装置を備える電力需給システムは、前述の第１の実施の形態の電力需給システム１０と同一の構成を有する。したがって、対応する部分には同一の参照符号を付して、図示および共通する説明を省略する。
【０１５０】
図１０および図１１は、本発明の第３の実施の形態である電力需給制御装置における電力需給制御処理に関する処理手順を示すフローチャートである。図１０および図１１に示すフローチャートは、図４および図５に示すフローチャート、ならびに図８および図９に示すフローチャートと類似しているので、図４、図５、図８および図９と同一のステップについては、同一のステップ番号を付して、共通する説明を省略する。
【０１５１】
本実施の形態の電力需給制御処理は、前述の第２の実施の形態の電力需給制御処理において、図９に示すステップｂ３の処理に代えて、図１１に示すステップｃ１およびステップｃ２の処理を行うこと以外は、第２の実施の形態と同様である。
【０１５２】
ステップｃ１およびステップｃ２以外のステップ、すなわちステップａ１〜ステップａ９およびステップａ１４、ならびにステップｂ１およびステップｂ２の各処理は、前述の第１および第２の実施の形態と同様に行われる。各処理において、読込まれるデータの内容も、前述の第１および第２の実施の形態と同じである。
【０１５３】
本実施の形態では、図１１に示すステップａ１２の処理が行われると、ステップｃ１に移行する。ステップｃ１において、制御指令値作成部３６は、周波数調整容量が不足しているか否かを判断する容量不足判断処理を行う。具体的には、制御指令値作成部３６は、まず、周波数変動に対して出力調整可能な全ての対象発電機に対して、以下の式（２２）に従って、現在確保されている周波数調整容量（以下「現在調整容量」という場合がある）Ｐｃｒｔを求める。ここでは、出力上げ側の周波数調整容量を一例として説明するが、出力下げ側の周波数調整容量も同様に算出可能である。
【０１５４】
【数２２】
0005661053.tif 000030
【０１５５】
また、制御指令値作成部３６は、目標となる周波数調整容量（以下「目標調整容量」という場合がある）Ｐｏｂｊを、たとえば、ベース指令値に基づいて、以下の式（２３）に従って求める。
【０１５６】
【数２３】
0005661053.tif 000031
【０１５７】
本実施の形態とは異なるが、目標調整容量は、外部から与えられた指定量であってもよい。制御指令値作成部３６は、以上のようにして求めた現在調整容量Ｐｃｒｔおよび目標調整容量Ｐｏｂｊから、周波数調整容量不足量（以下「不足量」という場合がある）Ｐｓｈｔを以下の式（２４）に従って求める。
【０１５８】
【数２４】
0005661053.tif 000032
【０１５９】
制御指令値作成部３６は、求めた不足量Ｐｓｈｔの値の正負に基づいて、周波数調整容量が不足しているか否かを判断する。制御指令値作成部３６は、不足量Ｐｓｈｔが正または０、すなわち０以上であると判断すると、周波数調整容量が不足していると判断して、ステップｃ２に移行する。制御指令値作成部３６は、不足量Ｐｓｈｔが負であると判断すると、周波数調整容量は不足していないと判断して、全ての処理手順を終了する。
【０１６０】
ステップｃ２において、制御指令値作成部３６は、持替え制御信号作成処理を行う。本実施の形態では、制御指令値作成部３６は、不足量Ｐｓｈｔと発電機の出力持替え量ＰＣとを比較して、不足量Ｐｓｈｔと発電機の出力持替え量ＰＣとのうち、小さい方を選択して、新しい発電機出力持替え量Ｐ’Ｃとする。すなわち、Ｐ’Ｃは、以下の式（２５）で表される。
【０１６１】
【数２５】
0005661053.tif 000033
【０１６２】
制御指令値作成部３６は、前述の式（１９）〜式（２１）のＰＣに、新たに求めた発電機出力持替え量Ｐ’Ｃの値を代入した式と、前述の式（１２）とから、出力持替え制御信号Ｃｌを求める。制御指令値作成部３６は、求めた出力持替え制御信号Ｃｌを、データベース部２２によって実現されるデータ格納部３１に格納する。以上のようにして持替え制御信号作成処理が行われると、ステップａ１４に移行し、前述の第１の実施の形態と同様の処理が行われる。
【０１６３】
以上のように本実施の形態では、ステップｃ１の周波数調整容量が不足しているか否かを判断する処理が設けられている。これによって、目標調整容量からの不足分だけを修正する電力需給制御を実現することができる。したがって、目標調整容量を上回って過大に周波数調整容量を確保することを防ぎ、発電機の運用における経済性の悪化を防止することができる。
【０１６４】
本発明は、その発明の範囲内において、前述の各実施の形態を自由に組み合わせることが可能であり、また各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変形または省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１６５】
１  電力需給制御装置、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  発電機群、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  発電機、４  発電機出力センサ、５  送配電系統、６  需要家群、７  偏差センサ、８  他系統、９  中央給電指令装置、１０  電力需給システム。
【図１】
0005661053.tif 000034
【図２】
0005661053.tif 000035
【図３】
0005661053.tif 000036
【図４】
0005661053.tif 000037
【図５】
0005661053.tif 000038
【図６】
0005661053.tif 000039
【図７】
0005661053.tif 000040
【図８】
0005661053.tif 000041
【図９】
0005661053.tif 000042
【図１０】
0005661053.tif 000043
【図１１】
0005661053.tif 000044